非线性弹性约束的柔性输液曲管
14---弓网耦合系统刚柔混合建模技术及验证---朴明伟,斯琴,兆文忠
作者简介： 朴明伟(1962-), 男（汉族）, 辽宁人, 副教授, 研究方向为 CAE、多专业系统模拟环境及控制建模。 参考文献： [1] 蔡成标，翟婉明，高速铁路受电弓-接触网系统动态性能仿真研究，铁道学报，1997.10，19（5） ，pp38-43. [2] ZHANG Wei-hua, MEI Gui-ming, WU Xue-jie and SHEN Zhi-yun, Hybrid Simulation of Dynamics for the Pantogragh-Catenary System, Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. 38,No. 6, pp393-414. [3] M. SCHAUB and B. SIMEON, Pantograph-Catenary Dynamics:An Analysis of Models and Simulation Techniques, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 2001, Vol. 7, No. 2, pp. 225-238 [4] ANDREA COLLINA AND STEFANO BRUNI, Numerical Simulation of Pantograph-Overhead Equipment Interaction, Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. 38, No. 4, pp. 261-291 [5] Kieβling, Puschmann, Schmieder[德], 电气化铁路接触网，中国电力出版社，2004.1，第一版.
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（6）在仿真动画中，可以看到弓头弹簧变形非常敏感，但是，框架间相对位移响应尽管很小（仅有 几个毫米） ，对接触力的基频波动却有着决定性的影响。 因此，采用基于超单元的刚柔混合建模技术，并应用拉格朗日增量法所得到的仿真结果，具有与实测 接触力结果的可比性。
《流变学》 第三章 PART1~2
4.交联度对拉伸模量的影响
特点：交联度增加，玻璃化温度增高，平台模量上升，交联度 上升至形成网状结构时，E几乎保持不变，直至超过分解温度 时发生分解 原因：交联度增加，相邻交联点的分子链长度缩短，分子链 的链段活动受到交联点的约束，导致Tg升高，聚合物在外力 作用下的变形减小，拉伸模量上升。
5.结晶度的影响
聚合物的体积模量
1.高于Tg和Tm时聚合物的体积模量：体积模量数值只是在数 量级上是正确的
2.玻璃态无定形聚合物的体积模量： 低于Tg时和高于Tg时的体积模量相差不大，最多大2倍。和其 它模量相比，体积模量的变化小得多。 3．结晶聚合物的体积模量 结晶聚合物的体积模量和无定形聚合物相近，随着结晶 度的提高，体积模量增大。 4. 偏离线弹性情况：压力很高时会出现非线性弹性
四个弹性常数并不是相互独立的，相互有一定的关 系，其中只有两个是独立的，表征一个材料的线性弹性只 需其中两个就足够了。
线性弹性变形的特点： 假定在材料试样上瞬间施加 一个应力，然后保持不变， 再在某时刻移除应力，观察 线性弹性的特点：
1.变形小：只涉及聚合物中化学键的拉伸、键角变化和键的旋转。
因此其变形量很小，变形时不涉及链段的运动或整个分子链的位移。 2.变形无时间依赖性：变形瞬间发生，不随时间而变化。 3.变形在外力移除后完全回复：变形能完全回复，也是瞬时完成， 无时间依赖性。 4.无能量损失：外力在变形时转化成材料的内能贮存起来，外力释 放后，内能释放使材料完全回复，在整个变形和回复过程中无能量损 失。因此线性弹性也称能弹性。 5.应力与应变成线性关系： σ=Eε
弹性模量
聚合物的弹性模量 1.弹性模量谱
弹性模量范围很宽（在室温时），因此用途广泛。 模量可相差3-4个数量级。玻璃态高聚物的弹性模量为 103-105MPa数量级，橡胶和粘弹体的模量为0.1-1MPa。
现代企业的柔性化管理
现代企业的柔性化管理现代企业的柔性化管理企业应在管理刚性化基础上,加大管理柔性化力度,实施刚柔相济,妥善处理管理者和被管理者的矛盾;管理柔性化将是未来企业管理的一种发展趋势。
一、企业管理的柔性化,是时代发展的内在需求(一)在20世纪的工业时代,为适应以生产为核心的需求,企业管理刚性化即根据规章制度,依靠组织职权进行程式化管理。
如著名的泰勒管理模式:将人看作“经济人”、“机器的附件”,强调组织权威和专业分工。
坚持了“以规章制度为中心”,凭借着管理机制、治理结构、内部控制系统、制度制约与考核系统、问责机制与奖惩措施等手段,极大地发展了社会生产力。
(二)在21世纪的知识经济时代,为适应以智力资源和信息化为核心的需求,企业管理柔性化即根据组织的共同价值观、文化和精神氛围进行人格化管理。
如梅奥的行为科学理论:将人看作“社会人”,提高生产效率的关键是满足员工的社会欲望,提高士气。
坚持了“以人为中心”, 重视智力资源和信息化,采用非强制性方式,有机融合了员工的个人愿望、理想、价值观和企业的战略思想、战略目标、经营理念等;发挥员工的个体主观能动性和集体智慧为企业创造价值。
在理论上,管理刚性化与管理柔性化既对立又融合。
西方国家(如美国),重视战略、结构、体制等硬性因素,忽视了组织的价值观、作风、人员、技巧等软性因素。
亚洲国家(如新加坡、韩国等),重视企业的思想、文化及精神等“软件”。
在实践中,管理刚性化与管理柔性化相互影响渗透。
管理刚性化是高效管理的前提基础,也是管理柔性化的立足点;管理柔性化是高效管理的润滑剂,也是管理刚性化的升华点。
企业根据员工素质、工作性质和企业文化,融合选择管理刚性化或管理柔性化为主,最终实现高效管理。
二、企业管理的柔性化,是管理理论的整合凝结体(一)马斯洛教授的需求层次理论:生理、安全、社交、尊重、自我实现五个需求层次目前,对后三个层次需求更加强烈,强调自我管理、自我改善和自我实现。
追求生活和工作氛围的宽松和谐,看重成就感、尊重感、荣誉感和归属感。
汽车柔性软管运动包络仿真分析
汽车柔性软管运动包络仿真分析张海鹏【摘要】汽车在行驶过程中,柔性软管的空间位姿和形态容易发生变化,会导致管路与周围零部件干涉磨损,严重影响管路寿命.综合考虑软管的几何特征和物理特性,基于Kirchhoff弹性细杆力学模型,建立柔性软管的空间位姿和形态的参数化模型,模拟软管在汽车行驶过程中的变形.以汽车典型行驶工况下的运动学状态作为仿真输入,对柔性软管运动包络进行仿真分析,仿真结果可以为汽车柔性软管设计及优化提供依据.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】4页(P117-120)【关键词】柔性软管;Kirchhoff运动学模型;运动包络【作者】张海鹏【作者单位】上汽大众汽车有限公司,上海201805【正文语种】中文【中图分类】U462.2汽车柔性软管主要用于连接电气设备或控制装置.作为各类信号、能源等的传输通道,柔性软管布局设计的合理性与装配的可靠性直接影响汽车质量.汽车柔性软管在车辆运行过程中处于运动状态,活动线缆通常一端固定,另一端受运动部件牵引按一定规律进行空间运动.目前,柔性软管的工艺设计主要依靠经验,具体的空间运动状态需在实际装配后才能确定,较少在设计阶段对其工作状态下的运动过程模拟和仿真,导致柔性软管可靠性差,常出现弯曲损伤、疲劳、外皮磨损等问题,严重影响了汽车的可靠性[1].近年来,随着虚拟现实技术的不断发展,探讨在虚拟环境下建立柔性软管的物理特性模型并进行运动仿真,为解决汽车柔性软管设计及走向等问题提供了一条新的有效途径[2].目前国内外有关虚拟环境下线缆物理特性建模及运动仿真方面的研究成果不多.刘检华等[3]以Kirchhoff 弹性细杆非线性力学理论为基础,创新性地提出基于弹性细杆力学模型的虚拟环境下活动线缆建模与运动仿真方法,实现了活动线缆的运动仿真.针对汽车柔性软管在车辆行驶过程中位姿和形变带来磨损的问题,基于Kirchhoff 弹性细杆力学理论,建立柔性软管物理模型,利用工业路径解决方案(Industrial Path Solution,IPS)软件建立软管仿真模型,以汽车典型行驶工况下汽车车身、发动机载荷作为输入,对汽车柔性软管运动包络进行仿真分析.1 柔性软管弹性细杆力学模型弹性细杆静力学理论是Kirchhoff 在1859 年提出的[4],其特点是在Kirchhoff 假定下结合线弹性本构关系建立矢量形式的力和力矩平衡方程,其数学形式与刚体定点转动动力学方程相同,两者存在对应的比拟关系,即著名的“Kirchhoff动力学比拟”.Kirchhoff理论的核心内容之一是平面截面假设:垂直于杆中心线的横截面在杆变形前为平面,变形后仍保持平面,且垂直于变形后的中心线.此项假设为弹性细杆的离散化提供了依据.汽车用柔性软管主要是圆形截面的弹性细杆,其物理特性模型及微元受力状态如图1所示.图1 柔性软管物理特性模型Fig.1Flexible hose physical characteristics model图中:P0为活动线缆的固定端;P1为活动线缆的运动端;P为活动线缆中心线上任一点;P′为活动线缆中心线上与P点无限接近的邻近点;Oξηζ为笛卡儿三维惯性坐标系,O点与活动线缆的固定端节点P0重合,ζ轴正方向为竖直向上;PNBT为Frenet 坐标系;N、B、T分别为该点的主法线、副法线、切线方向;Pxyz为主轴坐标系,其中z轴与T轴重合;x、y分别为P点所在截面的惯性主轴；θ为x 轴与N 轴、y 轴与B轴的夹角，Frenet坐标系沿T轴转动角度θ即得到主轴坐标系;r为P点相对固定参考点O的矢径,r+Δr为P′点相对固定参考点O 的矢径.以P0为原点沿活动线缆建立弧坐标,规定外法线矢量与弧坐标增大方向一致的截面为正截面,反之,外法线矢量与弧坐标减小方向一致的截面为负截面.-F、-M分别为P点负截面受邻近截面作用内力的主矢和主矩;F+ΔF和M+ΔM分别为P′点正截面受邻近截面作用内力的主矢和主矩.考虑PP′微元弧段内活动线缆的平衡,在平衡状态下,上述作用力对P点简化的主矢和主矩必须为零,仅保留各增量的一阶小量，主矢和主矩的定义为=0(1)+T×F=0(2)式中:F为P点正截面受邻近截面作用内力的主矢;s为弧坐标；M为P点正截面受邻近截面作用内力的主矩;T为P点的切线基矢.将求导过程由相对惯性坐标系Oξηζ改为相对截面主轴坐标系Pxyz进行,利用弯扭度ω及F、M相对Pxyz的投影式,同时考虑到无原始曲率和扭率,活动线缆截面作用力的主矩可表达为Mx=kxωxMy=kyωyMz=kzωz(3)式中:kx为截面绕x轴的抗弯刚度;ky为截面绕y轴的抗弯刚度;kz为截面绕z轴的抗扭刚度,则式(1)、式(2)相对Pxyz的投影式可表示为(4)(5)式(4)、式(5)为描述活动线缆平衡的Kirchhoff 方程.从Kirchhoff 方程中解出Fx(s)、Fy(s)、Fz(s)及ωx(s)、ωy(s)、ωz(s)以确定刚性截面在惯性空间中的姿态,中心线的切线基矢随之确定.在实际应用中,通过活动线缆两端点的几何约束可以确定边界条件,从而使求解位姿问题变为求解Kirchhoff 方程的边值问题.2 柔性软管运动学仿真建模为计算柔性软管的空间状态,本研究基于IPS软件进行求解.IPS是基于Kirchhoff弹性细杆静力学理论编写的软件,由德国弗朗霍夫学会开发,能快速准确地仿真柔性部件的运动特性,可进行运动走向、运动干涉和应力计算,长度优化、卡箍及位置优化,运动包络计算等.柔性软管仿真流程如图2所示.其主要包括5个步骤:1) 分析柔性软管及相关零件特点,基于CATIA软件建立物理模型,并将其导入IPS中;2) 收集软管周围间隙数据及软管材料属性并进行定义;3) 针对汽车运行工况设计相关试验，获取运动学输入;4) 进行运动学仿真,获取软管运动包络；5) 对软管优化设计.图2 柔性软管仿真流程Fig.2 Simulation flowchart of flexible hose2.1 材料属性定义对各向同性材料,直接利用材料密度、杨氏模量、泊松比等确定材料属性参数;对其他材料,通过拉伸试验、弯曲试验和扭转试验确定材料属性参数,试验场景如图3所示.图3 材料属性试验Fig.3 Material property tests2.2 汽车柔性软管运动学输入分析汽车运行状态,确定5种工况作为软管运动学分析典型工况,见表1.表1 汽车运动学试验工况Table 1 Kinematic test conditions of vehicle工况汽车运行状态1起步加速(3 000 r起步)2倒车加速(3 000 r起步)3逆时针稳态回转(40 km)4顺时针稳态回转(40 km)5直线变负荷(0～6 000 r/s)根据表1所列工况进行汽车试验.首先根据工况特点,以汽车运行速度为输入,基于车身物理模型,直接获得车身运动状态,仿真试验如图4所示.图4 仿真试验Fig.4 Simulation test汽车柔性软管运动学状态除和车身运动有关外,其主要影响来自于发动机振动.根据典型汽车运行工况特点,设计台架试验进行运动学分析,获取发动机振动输出,台架试验如图5所示.图5 台架试验Fig.5 Bench test3 案例分析以发动机冷却系统水管为例,选择直线变负荷工况,对其运动包络进行仿真分析.首先建立包含水管及附件的物理模型,如图6所示.图6 发动机冷却水管物理模型Fig.6Engine cooling water pipe physical model在此基础上添加边界及材料属性,基于典型工况下汽车运动学状态,进行运动包络仿真分析,实现水管空间运动间隙的理论计算及运动包络IPS仿真输出,结果如图7所示.图7 发动机冷却水管运动包络Fig.7Engine cooling water pipe motion envelope由图7可以看出,基于本研究所述方法可以实现水管运动包络及间隙的计算,两者结果吻合.说明本研究方法是有效可行的，可为柔性软管优化设计提供数据支持,可以有效避免零部件干涉所带来的磨损、失效.4 结论针对汽车柔性软管布置问题,基于Kirchhoff弹性细杆力学模型,建立柔性软管的参数化模型,实现软管的空间位姿和形态物理描述;基于台架试验,确定汽车运动学输入提取方法;选择直线变负荷工况,以汽车发动机冷却系统水管为例,基于IPS软件对其进行仿真分析,实现柔性软管运动包络仿真分析,软管间隙与运动包络结果比较吻合,研究结果可以为汽车柔性软管设计及优化提供依据.参考文献:【相关文献】[1] 王春生,宁汝新,刘检华,等.J-T 制冷器管路对稳定平台的干扰力矩分析[J]. 激光与红外,2009,39(3):277-279.[2] 王发麟,廖文和,郭宇,等.基于精确Cosserat 模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真技术[J]. 计算机辅助设计与图形学学报,2017,29(7):1343-1355.[3] 刘检华,赵涛,王春生,等.虚拟环境下的活动线缆物理特性建模与运动仿真技术[J]. 机械工程学报,2011,47(9):117-124.[4] 刘延柱.弹性细杆的非线性力学[M].北京:清华大学出版社,2006.[5] 张海鹏,朱婉玲,严勇强,等.基于多测量方法的新能源车标准车头认可[J]. 上海工程技术大学学报,2016,30(4):300-305.[6]CAO D Q,LIU D S,WANG C H T.Nonlinear dynamic modeling of MEMS components via the Cosserat rod element approach[J].Journal of Micromechanics and Microengineering,2005 ,15(6):1334-1343.。
管道及管路系统流固耦合振动问题的研究动态
第14卷 第3期应用力学学报V o l.14 N o.3 1997年9月CH INESE JOURNAL OF APPL IED M ECHAN I CS Sep.1997管道及管路系统流固耦合振动问题的研究动态α李 琳 喻立凡(北京航空航天大学 北京 100083)摘 要对管道及管路系统流固耦合振动问题在近二十年来的进展作了综述。
根据问题特点,将本课题分为三个分支,即从紊流到振动噪声源的研究,流2弹耦合振动的研究和声2弹耦合振动的研究。
在分别总结这三个分支的研究成果的同时指出了尚需进一步研究的某些问题。
关键词:流固耦合;管路系统;振动噪声1 引 言管路系统流固耦合振动问题有着广阔的工程背景,它的研究成果可直接应用于水利电力、机械、化工、航空航天以及核工程等各个领域。
同时在学术领域,它也是一个十分诱人的课题, Jou rnal of F lu ids and Structu res的创始人M.P.Paidou ssis称之为A M odel D ynam ical P rob2 lem[1]。
因为,它物理模型简单,描述它的数学方程容易简化,特别是管路系统容易实现,这给理论研究与实验研究协同并进提供了极大的方便。
此外,管道虽然是最简单的流固耦合系统,但它却涉及了流固耦合力学中的大多数问题,而且由于它结构的简单性还使得学者们可以分别(或侧重)研究流体的某一特性(如可压性、粘性、流速)对系统的影响。
七十年代以来,管道及管路系统流固耦合的振动问题有了长足进展。
随着问题的深入,关于这方面的研究形成了三个分枝:——研究内流诱发管系振动及噪声幅射机理;——研究具有定常流速的不可压缩流体与管道弯曲振动的耦合以及在此流速下的管道稳定性分析;管道与不可压缩流体的耦合振动可称为液2弹耦合振动。
——研究可压流体中的声波与管道振动的耦合,这种耦合振动可称为声2弹耦合振动。
α来稿日期:1995211230本文将按此三个分支简述课题的进展状况。
ANSYS非线性
如果一个凸面与一个平面或凹面进入接触, 平面和凹面应该是目标面.
如果一个面比另一个面更硬, 较硬的面应该是目标面.
如果一个面是高阶, 另一个面是低阶, 低阶面应该是目标面.
如果一个面比另外一个面更大, 较大的面应该是目标面.
当指定柔性体-柔性体接触的接触面和目标面时, 如果一个面网格粗,
刚性表面
变形体
柔性体 -柔性体接触
花键轴过盈配合, 两个零件 都是柔体.
接触协调
实际接触体相互不穿透. 因此, 程序必须在这两个面间建立一种关
系, 防止它们在有限元分析中相互穿过. • 当程序防止相互穿透时, 称之为强制接触协调.
F
当没有强制接触协调时, 发生穿透.
接触面
目标面
F
接触协调 – 罚函数法
图示收敛信息
在图形窗口显示的 是图形化的收敛历 史。显示了时间、
迭代步数与不平衡
量的信息。在求解 过程中这一显示不 断更新。
非线性求解过程
下面列出了完成非线性分析所需的典型步骤：
1. 指定分析类型
2. 指定几何非线性打开或关闭 3. 为载荷步指定“ 时间 ”
4. 设定子步数
5. 施加载荷与边界条件 6. 指定输出控制与监视值 7. 保存数据库 8. 求解载荷步
结果。
输出文件的信息
在非线性求解过程中，输出窗口显示许多关于收敛的信息。输出 窗口包括： • 力/力矩不平衡量 {R}
FORCE CONVERGENCE VALUE
• 最大的自由度增量 {u}
MAX DOF INC
• 力收敛判据
CRITERION
• 载荷步与子步数
LOAD STEP 1 SUBSTEP 14
工程力学约束力的类型
历史有关。
不可逆性
03
塑性力学约束力引起的变形是不可逆的，卸载后不能完全恢复
。
塑性力学约束力的计算方法
静力平衡法
根据物体的静力平衡条件，求解约束力的大小和方向。
变形协调法
根据物体各部分之间的变形协调条件，求解约束力的大小和分布。
能量法
根据能量守恒原理，通过求解物体的总势能或应变能来求解约束力 。
工程应用举例
工程应用举例
热力发电
在热力发电中，热力学约束力是推动蒸汽轮机运转的重要力量，通过计算热力学约束力可以优化蒸汽轮机的 设计，提高发电效率。
制冷技术
在制冷技术中，热力学约束力是实现制冷循环的关键因素，通过计算热力学约束力可以选择合适的制冷剂和 工作条件，提高制冷效率。
材料加工
在材料加工中，热力学约束力是影响材料性能的重要因素，通过控制热力学约束力可以优化材料的加工工艺 ，提高材料性能。
约束力的方向总是与约束所限制的物 体的运动方向相反。
约束力的作用点总是在约束与被约束 物体的接触点上。
大小可变性
约束力的大小随着被约束物体的运动 状态及所受其他外力的变化而变化。
静力学约束力的计算方法
1 2
力的合成与分解
根据力的平行四边形定则，将多个力合成为一个 力或将一个力分解为多个力。
力矩平衡条件
物体的一端被完全固定，既 不能移动也不能转动，受到 三个方向的约束反力作用。
典型几何约束力分析
01
02
03
悬臂梁约束
悬臂梁的一端固定，另一 端自由，受到固定端的约 束反力作用。
简支梁约束
简支梁的两端分别受到铰 链约束和滑动约束，梁上 受到均布载荷或集中载荷 作用。
基于LMS Samtech TEA Pipe的制动软管的设计
样条曲线方法得到的制动软管走 向与实 际相差很 大通过样条曲线确定的制动软管 ，其状态与实车
状 态有 明显 的差异 ，在 进行 间 隙校 核及 其他 分 析 时， 有较 大 的误差 ， 甚至 相差 ２ ８ ｍ ｍ 以上ｆ １ 】 。
软管 长度 时适 当增加软 管 的 长度 ｌ Ｏ～２ ０ ａｎ ｒ １ 、
元程序 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 选用层单元 、 体单元和接触单元的 组合， 建立橡胶软管的三维有限元模型 ， 解决模型 与实际样车的差异 。 但是创建 Ｆ Ｅ Ａ模型过程时间 周期较长 ，并且软管更改后 ，仍需重新进行 Ｆ Ｅ Ａ
分析 ， 然后 建 立 Ｃ Ａ Ｄ模 型 ， 工 作 量 大 且 更 改 周期
２ 制动 软 管 的 长 度优 化 设 计
制 动软箭 设 汁 一 经 常 ｆ ｛ Ｉ 现 的问题 地 盘 ｌ １ 何 对
满 足与周 边 间 隙 ≥２ ５ ａｍ（ ｒ 如冈 ２ ） ， 进 行 优 化设 汁
运 算
颤 锦酶 ： ｌ
于管道 和底 盘之 Ｉ ＇ Ｈ 】 的连接 支撑 的定 化 ，以及接 位 置和方 向 ， 制 动软 管的 长度 为保证 制 动软管 往
ｊ 向以 某一 为例 ． 采川 Ｌ ＭＳ Ｓ ａ ｎ ｌ ｌ ｅ （ ・ ｈ Ｔ Ｅ Ａ
Ｐ ｉ ｐ ｅ埘制 动软 符 从 没汁优 化 性 能 分析进 行 详 细 的 介 ， 包括制 动 软管 Ｃ Ａ Ｉ ） 模 绘 制 ， Ｋ度优 化 ，
模念 分析 及懒响 分析 、
摘
要： 通过 某 车型 的前 制 动软 管 的设 计 ， 分析 了制动 软 管 的设 计 过程 ， 且 进
060106油罐及管道强度设计期末考试复习资料
《油罐及管道强度设计》课程综合复习资料一、单选题1．“管道和储罐的失效判据具有通用性，也就是说任一判据都可以适用于任意场合。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B2．“管道和储罐设计应遵循“先爆后漏”原则而不是“未爆先漏”原则。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B3．“基于应变的设计方法是一种先进的设计方法，适用于一切管道任意工况的设计。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：A4．“高风险地区的管道设计时应具有更高的可靠度，实际设计时采用更大的安全系数。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B5．“无力矩理论微元平衡方程中的曲率半径一定是正值。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B6．下列说法中（）是正确的。
A．浮船的稳定性校核仅包括浮船的侧向稳定性校核和截面稳定性校核两部分B．根据“浮顶处于漂浮状态时，下表面应与储液全面接触”设计单盘板安装高度时，只要单盘板安装位置不超过其上限位置C max即可C．在计算浮顶积水时的抗沉性时，只要满足浮船的下沉深度不超过外边缘板高度，且留有一定裕量即可答案：C7．进行下节点强度校核时，下节点处的计算应力不宜超过（）。
A．2σsB．σsC．0.9σsD．[σ]答案：C8．圆柱形储罐罐壁下节点处的环向应力为（）。
A．接近于零B．C．约等于该处的弯曲应力D．约等于该处的剪切应力答案：A9．Π型补偿器可采用（）的办法来提高其补偿能力。
A．预先拉伸或预先压缩B．预先弯曲答案：A10．下列（）补偿器补偿能力最大。
A．L形补偿器B．Π型补偿器C．波纹管式补偿器D．球形补偿器答案：B11．下列（）补偿器可用于大压力的油气管道。
A．L形补偿器B．Π型补偿器C．波纹管式补偿器D．球形补偿器答案：B12．储罐和管道的连接一般使用（）补偿器。
A ．L 形补偿器 B ．Π型补偿器 C ．波纹管式补偿器 D ．球形补偿器 答案：C13．当[]cr P P >时，将式cr[]PP 按（）方法取整之后得到的的数值即为需要设置的中间抗风圈的数量。
船舶结构力学习题答案
船舶结构力学习题答案【篇一：船舶结构力学各章思考题】>（摘自习题）（一）绪论1 什么叫做船体总纵弯曲？船体的总纵强度与局部强度有什么区别与联系？2.船体结构中有哪些受压构件？为什么说船在总弯曲时船体受压的构件（主要是中垂状态时的上层甲板）因受压过度而丧生稳定性后，会大大减低船体抵抗总弯曲的能力？3.何谓骨架的带板？带板的宽度（或面积）与什么因素有关，如何确定？试分析带板宽度对骨架断面几何要素的影响。
4.什么叫做船体结构的计算图形，它是用什么原则来确定的?它与真实结构有什么差别？5.一个完整的船体结构计算图形应包含哪些具体内容？为什么对同一船体结构构件，计算图形不是固定的、一成不变的？（二）单跨梁的弯曲理论1 梁弯曲微分方程式是根据什么基本假定导出的，有什么物理意义，适用范围怎样？2 单跨梁初参数法中的四个参数指什么参数？它们与坐标系统的选择有没有关系？3 为什么当单跨梁两端为自由支持与单跨梁两端为弹性支座支持时，在同样外荷重作用下梁梁断面的弯矩和剪力都相等；而当梁两端是刚性固定与梁两端为弹性固定时，在同样外荷重作用下两梁断面的弯矩和剪力都不同？4 梁的边界条件与梁本身的计算长度、剖面几何要素、跨间荷重有没有关系？为什么？ 5 当梁的边界点上作用有集中外力p或几种外弯矩m时，一种处理是把该项外力放在梁端，写进边界条件中去。
另一种处理时把该项外力放在梁上，不写进边界条件。
在求解梁的弯曲要素时，两种处理方法的具体过程有哪些不同？最后结果有没有差别？6 梁的弹性支座与弹性固定端各有什么特点？它们与梁本身所受的外荷重（包括大小、方向及分布范围）有没有关系？为什么梁在横弯曲时，横荷重引起的弯曲要素可以用叠加法求出？（三）力法1 什么叫力法？如何建立力法方程式？2 什么是力法的基本结构和基本未知量？基本结构与原结构有什么异同？力法正则方程式的物理意义是什么？3 当连续梁两端为弹性固定时，如何按变形连续条件建立该处的方程？4 力法可否用来计算不可动节点的复杂钢架？如可以，应如何做？5 用力法计算某些支座有限位移的连续梁或平面刚架时应注意什么问题？6 刚架与板架的受力特征和变形特征有何区别？7 何谓梁的固定系数？它与梁端弹性固定端的柔性系数有何不同？（四）位移法1 试举例说明位移法的基本原理。
输流管道动力学与控制的最新进展
第２１卷第６期２０２３年６月动力学与控制学报J O U R N A L O FD Y N AM I C SA N DC O N T R O LV o l ．２１N o ．６J u n ．２０２３文章编号:１６７２Ｇ６５５３Ｇ２０２３Ｇ２１(６)Ｇ０１８Ｇ０１３D O I :１０．６０５２/１６７２Ｇ６５５３Ｇ２０２３Ｇ０７６㊀２０２３Ｇ０３Ｇ２２收到第１稿,２０２３Ｇ０５Ｇ０６收到修改稿．∗国家自然科学基金资助项目(１１９０２００１,１２０７２２２１,１２１３２０１０),N a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (１１９０２００１,１２０７２２２１,１２１３２０１０)．†通信作者E Ｇm a i l :y a n gt i a n z h i ＠m e ．n e u ．e d u ．c n 输流管道动力学与控制的最新进展∗唐冶１,２㊀高传康２㊀丁千１㊀杨天智３†(１．天津大学力学系,天津㊀３００３５０)(２．安徽工程大学机械工程学院,芜湖㊀２４１０００)(３．东北大学机械工程与自动化学院,沈阳㊀１１０８１９)摘要㊀管道系统在航空航天㊁石油输送㊁深海探测㊁核能工程等工程领域发挥着输送流体的作用．由复杂结构功能设计㊁支承条件㊁内部流体和外部环境等因素引起输流管道中的流体和管道发生强烈地耦合,导致的动力学问题严重限制了输流管道在各种领域中的工程应用．因此,输流管道的复杂动力学行为引起了工程和科学领域学者们的广泛关注,本文综述和讨论了最新的输流管道振动控制的研究和进展．关键词㊀输流管道,㊀动力学,㊀振动控制,㊀最新进展中图分类号:O ３２４;O ３２２文献标志码:AR e v i e wo nD y n a m i c a n dC o n t r o l o fP i p e sC o n v e y i n g Fl u i d a n ∗T a n g Y e １,２㊀G a oC h u a n k a n g ２㊀D i n g Q i a n １㊀Y a n g Ti a n z h i ３†(１．D e p a r t m e n t o fM e c h a n i c s ,T i a n j i nU n i v e r s i t y ,T i a n ji n ㊀３００３５０,C h i n a )(２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,A n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,W u h u ㊀２４１０００,C h i n a )(３．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n ,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g㊀１１０８１９,C h i n a )A b s t r a c t ㊀P i p e l i n e s a r eu s e d t oc o n v e y f l u i d i nt h ee n g i n e e r i n g f i e l d s s u c ha s a e r o s p a c e ,o i l t r a n s po r t a Ｇt i o n ,d e e p Ｇs e a e x p l o r a t i o n ,n u c l e a r p o w e r e n g i n e e r i n g a n d s o o n ．T h e s t r o n g c o u p l i n g b e t w e e n t h e p i p e s a n d f l u i d i s i n d u c e db y t h e c o m p l e xs t r u c t u r a l a n d f u n c t i o n a l d e s i g n ,s u p p o r t c o n d i t i o n s ,i n t e r n a l f l u i d a n d e x t e r n a l e n v i r o n m e n t ,r e s u l t i n g i nd y n a m i c p r o b l e m sw h i c hs e v e r e l y l i m i t t h ee n g i n e e r i n g a p pl i c a Ｇt i o no f t h e p i p e s c o n v e y i n g f l u i d i n v a r i o u s f i e l d s ．T h e r e f o r e ,t h e c o m p l e x d y n a m i c b e h a v i o r o f p i p e s c o n Ｇv e y i n g f l u i dh a s b e e na t t r a c t e dw i d e a t t e n t i o no f s c h o l a r s i ne n g i n e e r i n g an d s c i e n c e ．T h e l a t e s t r e s e a r c h a n d p r o g r e s s i nv i b r a t i o na n d c o n t r o l o f p i p e c o n v e y i n g f l u i d a r e r e v i e w e d a n dd i s c u s s e d i n t h i s p a p e r ．K e y wo r d s ㊀p i p e s c o n v e y i n g f l u i d ,㊀d y n a m i c ,㊀v i b r a t i o n c o n t r o l ,㊀r e c e n t d e v e l o p m e n t 引言输流管道通常是指输送流体的管状结构,作为各种工程系统中的一种重要的基本单元,被广泛地应用于航空航天㊁机械㊁土木㊁海洋㊁生物㊁核能㊁石油能源和动力水能等工程领域,如大型水利工程的压力管道,石油工程中的输油和输气管道,飞机和液体火箭中的输送推进剂管道,海洋钻探中的输油管道,以及核电工业的热交换管道等．由于内部流体和外部环境的作用,管道在传输流体过程中不可避免地出现许多动力学和稳定性问题．在工程中,失稳㊁大幅振动和混沌等复杂行为往往会使输流管Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第６期唐冶等:输流管道动力学与控制的最新进展结构破坏㊁精度下降和寿命降低．随着科学技术的发展和进步,各种工程结构㊁机械和传输设备对振动环境㊁稳定性和抗振能力的要求越来越高．因此,研究输流管道振动及其控制问题具有重要的工程意义．输流管系统的振动问题研究可以追溯到十九世纪末,M a r v e lB r i l l o u i n在观察给草坪浇水的橡皮管时,发现流体高速流动引起管道自由端产生一些奇怪的运动,这一现象引起了他的学生B o u r r iér e的兴趣[１],并在１９３９年建立了输流管道的线性方程．但是,二次世界大战使相关研究工作遭遇停滞．直到１９５０年,A s h l e y和H a v i l a n d[２]分析了横跨阿拉伯工程管道的弯曲振动问题．随后,众多学者开始关注输流管系统的固有频率㊁振动波传播㊁稳定性和响应振幅等动力学行为[３Ｇ５]．１９８７年, P aïd o u s s i s[６]精辟地阐述了输流直管的线性振动问题,指出了当流速超过临界值时,悬臂输流管会发生颤振失稳,两端支承管道更容易屈曲失稳．随着研究的不断深入,学者们对输流管道动力学的研究考虑更为一般的三维模型,探索更为复杂的非线性现象．H o l m e s[７]在P aïd o u s s i s的输流管线性振动模型中引入了几何非线性,从而建立了系统的非线性运动方程,开启了非线性动力学的研究热潮．M e n g等[８]基于K a n e方程和R i t z方法,建立了输流管系统全局运动的三维非线性动力学模型,并利用增量谐波平衡方法研究了系统的非线性时域响应．G h a y e s h等[９]提出了悬臂输流管的非线性平面运动模型,应用伪弧长和直接积分方法构造系统的分岔图㊁时间历程图和相图,并指出了随着流速的增加,系统经历超临界的H o p f分岔后而进入颤振失稳．C h a n g和M o d a r r e sＧS a d e g h i[１０]利用有限差分方法讨论了悬臂输流管在基础激励下二维㊁三维概周期运动和混沌运动的流速条件．Lü等[１１]应用G a l e r k i n截断和数值技术研究了具有非线性弹簧耦合的两输流管系统的分岔和同步振动．Z h a n g 等[１２]数值地分析了在一般边界条件下具有附加质量弹簧约束输流管道的三维动力学,并通过分岔图㊁相图㊁功率谱密度图和庞加莱映射图等手段考察了系统分岔和混沌等复杂动力学行为．由于管道内液体流动的特殊性以及控制方程引入非线性后,系统固有频率之间可能存在一定的比例关系,这时模态的相互影响不容忽视,出现了内共振现象[１３]．同济大学的徐鉴教授[１４,１５]采用多尺度方法研究悬臂输流管的内共振,分别推导了３ʒ１㊁２ʒ１和１ʒ１内共振的条件,并用数值方法模拟了３ʒ１内共振下系统的非线性动力学行为．上海大学的陈立群教授[１６]考虑管内流速处于超临界区域,进一步研究了输流管的主共振和２ʒ１内共振,并解释了在稳态响应中发生双跳跃现象的机理．M a o等[１７]关注了超临界输流管在３ʒ１内共振情况下的强迫振动响应,研究发现了跳跃㊁饱和与滞后等现象,并通过数值方法检验了曲线平衡附近的局部分岔行为．管道所载流体经常由泵等装置提供动力,流体流速不可避免地带有脉动．当这种脉动频率和输流管系统的固有频率满足一定关系时,即使是小的脉动激励,也可能引起大的系统响应．因此,脉动流速所引起的参数振动是输流管系统的另一个重要的动力学问题．P a n d a和K a r[１８,１９]采用多尺度方法分析了３ʒ１内共振条件下脉动输流管系统的主㊁组合参数共振,并发现了鞍结分岔及H o p f分岔．北京工业大学的杨晓东教授[２０]讨论了脉动输流黏弹性管道在次谐波共振和组合谐波共振条件下的稳定性．华中科技大学的王琳教授课题组[２１]提出了一种脉动输流管的涡激动力学模型,并采用直接多尺度方法讨论了锁频条件下脉动参数共振对输流管系统涡激振动的影响,研究结果表明,只有锁频效应和脉动参数共振发生在同一阶模态上时,脉动参数共振才会对响应幅值产生明显的影响．北京工业大学的张伟教授课题组[２２]考察了超临界脉动输流管在１ʒ２内共振条件下的超谐波全局动力学,并通过辨别相空间中的多脉冲跳跃轨道说明发生混沌运动的条件．目前,随着解析方法[２３]㊁数值仿真[２４,２５]和实验手段[２６]的不断成熟,学者们更加关注工程实际情形下的输流管道振动问题,如海洋石油天然气钻井系统㊁盐矿卤水输送管路系统．为了满足不同的工程应用,不同形状,复杂约束,输送多相流体的,恶劣的工作环境下的管道动力学行为被大量地研究．同时,引进复合材料如功能梯度材料构造管道调控输流管道振动特性来增强输流管道的强度和提高系统的可靠性,也是另外一个重要的研究方向．此外,虽然振动抑制在工程应用中的需求越来越大,但是,关于输流管道振动控制的研究还是相对较９１Copyright©博看网. All Rights Reserved.动㊀力㊀学㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报２０２３年第２１卷少．本文从一般输流直管/曲管㊁不同外形输流管道㊁复杂支承和约束输流管道㊁运动输流管道㊁内流和外流作用下输流管道㊁多相流输流管道㊁复合材料输流管道动力学特性及输流管道的振动控制等方面进行综述,全面地给出输流管道动力学与控制的最新研究进展．１㊀一般输流直管/曲管普通直曲输流管道的研究较为简单,计算工作量小,这种研究模型通常从工程实际中合理假设而得到的．在输流管道系统设计初始阶段,对精度要求不高的动特性预估是可行的．对于普通输流管道,边界条件通常被假设为两端支承和悬臂．T a n等[２７]考虑了T i m o s h e n k o模型,建立了纵横扭耦合振动模型,利用有限差分法和离散傅立叶变换方法,研究了初始幅值㊁外激振力和流速对系统的非线性频率和强迫响应特性的影响．并讨论了T i m o s h e n k o输流管道模型的优势．S a z e s h和S h a m s[２８]研究了高斯白噪声随机激励下悬臂输流管道的动力学,通过随机时间历程和概密度函数探索管道在颤振点附近的随机行为．G i a c o b b i等[２９]针对输流管道应用于海洋平台砖井开采甲烷晶体的工程问题,考虑管道传输高速的气体和沿管长方向变化的热环境,研究了轴向变密度输流管道的动力学,得出管道入口和出口的密度差对系统稳定性影响较大．H i g u c h i等[３０]提出识别悬臂输流管道自激振动的复模态实验技术,构造了输流管道系统发生颤振时的特征模态．L i等[３１]利用谱不变流形方法,对悬臂输流管道的非线性动力学模型进行降维,通过比较降维前后的系统自由振动㊁强迫振动响应㊁周期和概周期分岔以及同宿和异宿轨道等复杂的动力学行为,说明所提出的不变流形降维方法的有效性．Z h a n g和C h e n[３２]利用G a l e r k i n截断和多尺度方法,结合规范性理论和能量相方法,研究了悬臂输流管道在脉动流和外激励作用下的多脉冲跳跃轨道和混沌动力学．当管道内流体增加到临界值的,两端支承输流管道发生屈曲,由原来的绕直线平衡位置运动过渡到绕曲线平衡位置进行运动．目前,传播高速流下管道振动越来越普遍,也成为研究重点之一．T a n 等[３３,３４]针对高速流管道常常产生严重的振动问题,讨论了T i m o s h e n k o输流管道在超临界情况下的主共振㊁超谐波共振和参数振动行为,发现超临界情况下管道动力学行为比亚临界情况下更加复杂．L u等[３５]研究了输流管道在超临界流体作用下发生３ʒ１内共振和应力分布情况,并揭示了抑制内共振提高管道的疲劳生命的机理．Z h u等[３６]考虑黏弹性输流管道的面内和面外耦合作用和欧拉梁理论,利用频响图㊁力幅图㊁吸引盆㊁时间历程图和相图,研究了输流管道在亚临界和超临界情况下三维耦合动力学,说明了当出现２ʒ１内共振时,系统展现典型的跳跃㊁滞后并出现双峰响应．为适应工程操作和适应环境变化的安装,曲率比较大输流曲管在工程中应用比较广泛而被研究者重视,以便实现更加灵活性设计．O y e l a d e和O y e d i r a n[３７]考虑两端简支㊁两端固支和一端固支一端简支边界条件以及轻微弯曲输流曲管的纵横耦合特性,分析了系统在热载荷作用下的非线性动力学．Z h o u等[３８]利用绝对节点坐标方法,建立了悬臂轻微输流曲管的非线性控制方法,经过研究发现即使初始几何形变较小,管道流体引起的静态变形也是非常大的,系统的颤振失稳临界流速依赖于静态平衡构造,同时,关注了后屈曲非线性行为．C zＧe r w i n s k i和Łu c z k o[３９]引入轴向力的非线性成分,利用理论和实验方法分析了系统时间历程图㊁相图㊁运动轨迹㊁振动模态和分岔演化规律．研究了脉动流频率和幅值对输流曲管的各种参数振动影响．C h e n等[４０]以柔性机器人和生物医学为背景,利用绝对节点坐标方法,对具有任意初始构型的柔性输流曲管进行了几何精确性建模,预估了输流曲管的静态变形及稳定性和非线性振动等大变形行为．X u 等[４１]研究了轻微输流曲管涡激振动,他们发现了在稳定流情况下,系统存在针对绕流一三阶模态振动的锁频区域,其振动幅值随着外流体速度增加而增大;在脉动流作用下,系统展现出更加复杂的动力学行为．Y a n等[４２]研究了两端固支输流曲管的静态平衡构型的分岔和稳定性行为,分析了外力㊁流速和弧角对系统非线性响应的影响．２㊀复杂支承和约束管道在工程中,学者们在输流管道系统中增加复杂支承和约束,试图改善系统的动力学环境．Y aＧm a s h i t a等[４３]研究了具有弹性支承和端部质量的０２Copyright©博看网. All Rights Reserved.第６期唐冶等:输流管道动力学与控制的最新进展输流管道动力学,通过理论结合试验的方法关注了H o p f－H o p f耦合和两不稳定模态幅值的演化,在一定的参数区间,存在由H o p f－H o p f耦合而产生的混合模态自激振动．G u o等[４４]运用传递矩阵方法和实验技术,研究了并行输流管道系统在局部位置受到外激励干扰时振动传递问题,并分析了约束㊁流速和压力对振动传递特性的影响．P e n g等[４５]应用哈密顿变分原理,建立了含有运动约束倾斜输流管道的三维非线性运动微分方程,通过数值技术获取系统的相图和振动轨线说明运动规律．E l N a j j a r 和D a n e s h m a n d[４６]关注了沿着管长方向增加质量和弹簧提高横向和纵向管道的临界流速的可能行．A s k a r i a n等[４７]讨论了端部线性弹簧和扭转弹簧约束性输流管道在分数阶黏弹性地基支承情况下的稳定性．K h e i r i[４８]分析了两端强非线性横向和扭转弹簧约束下输流管道的非线性动力学,与悬臂输流管道相比,复杂约束输流管道展现更低的H o p f分岔流速,更高的振动位移幅值．在高流速下,存在概周期和混沌运动．M a o等[４９]利用模态校正结合投影方法,提出了处理具有非线性和非均匀边界的输流管道振动的近似解析方法,该方法利用谐波平衡法将边界非线性和非均匀项进行描述,通过更多谐波判别响应解的收敛性．与多尺度方法的解对比,说明提出的方法有效性．Z h o u等[５０]考虑几何大变形和弹性边界条件,计算了复合材料输流管道失稳临界流速和非线性频率,结果表明平移弹簧的变化对临界流速具有轻微影响,旋转弹簧能提高系统的稳定性．Z h o u等[５１]提出了具有局部刚化的悬臂输流直管和曲管的非线性模型,探索了局部刚段位置和长度对系统非线性静平衡构造和动力学特性的影响．结果表明局部刚段的出现影响两种管道的振动模态,曲管中出现周期１和周期２的运动,而直管中仅出现周期１的运动．P e n g等[５２]研究脉动流输流管道在运动约束作用下的横纵耦合非线性振动,通过相平面图㊁庞加莱映射图和功率谱密度图展现如概周期和混沌运动等复杂的运动规律．L i u 等[５３]提出了悬臂输流管道在松散约束下的涡激振动模型,通过分岔图和A r g a n d图及振型图说明了锁频现象及复杂动力学行为．３㊀运动有大运动叠加的输流管道学者们从工程领域中简化出三种运动管道模型:沿着管道轴线平动抽吸输流管道㊁绕管道轴线旋转的输流管道㊁绕管道径向旋转的输流管道．Y a n 等[５４]建立了沿轴向时变滑动输流管道的非线性动力学模型,研究了系统动力学稳定性和非线性行为,结果表明当流速超过临界值时,颤振幅值随着时间变化而改变,随着滑动率的增加,管道系统更容易失稳,而质量比和重力的增加能提高系统的稳定性．L i a n g等[５５]考虑旋转速度和流速脉动情形,提出了绕管道轴线旋转的输流管道非线性参数振动模型,利用多尺度方法分析了系统稳定性,通过数值方法模拟了系统非线性响应和空间振动形态．L i a n g等[５６]研究了绕管道轴线旋转的多跨功能梯度输流管道的动力学,结果表明引入中间支承可提高系统的稳定性,不同跨度的模态特征能确定管道振动幅值位置．E b r a h i m i和Z i a e iＧR a d[５７]提出了绕管道轴线旋转的悬臂压电输流管道振动模型,考察了流速㊁电阻㊁旋转速度和压电层覆盖角对系统的动力学轨线和稳定性影响．L i a n g等[５８]研究了绕管道轴线旋转的两端支承输流管道在内外流共同作用下的三维动力学．A b d o l l a h i等[５９]进行了绕管道径向旋转的输流管道在环流液体媒介中的稳定性分析,考虑双陀螺力的影响,通过解析和半解析解获取稳定性解．４㊀内流和外流作用下输流管道在工业领域,涉及输流管道同时受到内外流共同影响的系统也是非常常见的,例如,热交换器㊁钻井作业的钻柱和石油勘探,以及在 盐井洞穴 中提取碳氢化合物等．P aïd o u s s i s等[６０]综述了悬臂输流管道在内和反向外流作用下动力学问题．A b d e l b aＧk i等[６１]提出了悬臂输流管系在内外轴向流作用下的全局非线性模型,利用伪弧长延拓方法结合直接数值积分方法计算系统的运动微分方程,预估了不稳定性引起的颤振㊁超临界下的极限环振动和频率受外流的限制程度㊁重力㊁质量比等参数的影响．Z h o u等[６２,６３]利用能量方法推导了悬臂输流管道在轴向激励下的非线性三维控制方程,通过非线性数值方法预测了系统的非线性响应,流速在亚临界条件下,轴向激励能够产生共振响应,超临界情况下,轴向激励在某些特定区间能使系统稳定,非平面周期自激振动演化成平面概周期或周期运动．J i a n g 等[６４]研究了两端支承输流管道在轴向内外流作用１２Copyright©博看网. All Rights Reserved.动㊀力㊀学㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报２０２３年第２１卷下的稳定性和三维非线性动力学,揭示了一些有趣动力学现象如周期㊁概周期和混沌运动等．A b d e lＧb a k i等[６５]提出了悬臂输流管系在部分限制外流作用下的非线性理论模型,探索了环向区域的参数对动力学行为影响,通过实验验证了提出模型的有效性．M i n a s和P aïd o u s s i s等[６６]搭建了悬臂管系在内外流作用下实验平台,上部环绕部分由一个同心圆的刚性圆柱形管组成,并安装在一个装满水的水箱中．水从管道上部流入,在其自由端排入水箱,理论和实验预测了环状流强烈地影响管系失稳．B u t t 等[６７]提出了悬挂吸水管道系统在内外流作用下线性模型,研究了一定内外流速比下的系统复模态,结果表明在足够高外流速下,系统失稳主要由一阶颤振引起．C h e h r e g h a n i[６８]利用实验方法研究了悬臂输流管道在反向环流作用下动力学问题,当外内流速比较低时,系统失稳由二阶模态颤振引起;当外内流速比较高时,管道经历静变形,伴随着高速内流引起的周期和混沌等复杂动力学行为．D a n eＧs h m a n d等[６９]执行了部分限制悬臂管道在内和反向外流作用下的耦合双向流固耦合分析．Z h o u 等[７０]建立了端部锥形悬臂输流管道在内外轴向流作用下的动力学模型,研究了系统失稳边界和模态及非线性振动幅值和形态．５㊀多相流输流管道在石油和天然气开采领域,存在石油和天然气混合油气井,为降低成本,通常采用油气混合输送模式,这是典型的气液两相流．较普通的单相流㊁多相流造成许多缺点,如承载能力的降低㊁流体物理性质的变化㊁流体流动的中断和系统效率的降低等[７１]．这些缺陷为动力学设计带来相应的挑战,如空间密度变化引起流速的暂态变化,进而引起参数振动等．因此,研究多相流输流管道的振动特性具有重要的设计意义．E b r a h i m iＧM a m a g h a n i等[７２]提出了立管传输气液两相流的数学模型,应用G a l e rＧk i n截断和特征值分析得到了如气体体积分数㊁流速㊁结构阻尼和重力参数对系统稳定性的影响．G u o 等[７３]研究了管中管系统在热环境和二相流作用下的动力学特性和稳定性,通过A r g a n d图㊁稳定图㊁时间历程图说明了在超临界流作用下,不同于单相流,二相流系统展现了二管道耦合颤振失稳．M a和S r i n i l[７４]数值研究了传递气液两相流倾斜弯曲输流管道的平面动力学．L i u等[７５]采用绝对节点坐标方法,建立了海洋立管在内部二相流作用下的非线性数学模型．通过时域和频域的变化,说明了提出建模方法的有效性．O y e l a d e和O y e d i r a n[７６]利用哈密顿变分原理,建立了传递二相流水平管道的非线性控制方程,分析了初始变形㊁体积分数和质量比对系统的频率㊁临界流速㊁响应位移分岔和混沌的影响．Z h o u等[７７]研究了传递气液两相流倾斜输流管道的自由振动和稳定性,结果表明,倾斜引起的重力对系统振动特性具有重要的影响,随着倾斜角度加大,系统临界气体速度和振动频率降低,系统更容易失稳;对于给定倾斜角,系统对表面气体/液体速度的动态响应与质量比直接相关．E b r a h i m iＧM a m a g h a n i等[７８]通过特征值求解,研究了两端支承输送二相流管道系统的稳定性,同时给出了非线性振动频率闭式解,结果表明系统稳定性随着液相密度的降低而提高,提高气体分数和流体混合速度可增大系统非线性振动频率．C h a n g等[７９]研究了含气液两相流输流管道在洋流作用下的涡激锁频特性,利用哈密顿变分原理,建立了管道系统平面运动微分方程,范德波尔振动模型模拟洋流的涡激力,N e w m a r kＧβ和四阶龙哥库塔法求解系统动力学响应．得到了锁频区间随着液相速度㊁纤维方向角的增大而向右移动,而轴向张力增大使锁频区域向左移动．X i e等[８０]针对多相流引起的流体变密度,研究了输流管道经历涡激振动情况下的非线性参数振动行为,结果表明,当内部流体密度在不同系统固有频率附近波动时,管道的振动会变得不均匀或非周期性,位移量会增加或减少．随着内部流体波动幅度的增大,密度较大时,这些现象就会变得更加明显．随后,X i e等[８１]将变密度输流管道扩展到系统经历c r o s sＧf l o w和i nＧl i n e耦合涡激振动的动力学响应分析,给出了在不同参数共振下的管道系统不同模态被激励的动力学特性．６㊀复合材料输流管道动力学特性复合材料是由两种或两种以上的材料复合而成的新材料,从而能改善材料的力学性能．比较典型的功能梯度材料由体积含量在空间位置上可连续变化的两组分材料组成．在制造这种材料时,通过改变组分的体积指数率而使该材料具有物理属性分布沿着某一方向连续梯度变化的性质．与传统２２Copyright©博看网. All Rights Reserved.第６期唐冶等:输流管道动力学与控制的最新进展材料相比,功能梯度材料拥有很多优点,例如,缓解或消除材料的应力集中,提高结构连接强度和增强结构抗热腐蚀性能等[８２]．因此,在工程领域中制造重要部件广泛采用这样的材料．最近,学者们为了优化动力学特性而将功能梯度材料引入输流管系统．R e d d y等[８３]提出应用功能梯度材料构造管道来提高传递热流体的稳定性,采用谐波平衡法和龙格库塔法获取系统时域和频域响应．在前屈曲构造,一阶和二阶主参数振动不稳定区域发生偏差;在后屈曲状态下,通过间歇过渡路径㊁循环折叠分岔㊁周加倍分岔和亚临界分岔而产生混沌运动．L u等[８４]分析了内共振和轴向功能梯度材料对输流管道疲劳寿命的影响,应用G a l e r k i n截断和直接多尺度方法得到主共振和３ʒ１内共振情况下的可解性条件,研究结果表现内共振缩短轴向功能梯度管道的疲劳寿命,降低功能梯度分布系数有利于降低系统共振响应和最大应力．Z h u等[８５Ｇ８７]研究了多孔功能梯度输流管道在初始变形下后屈曲静态和动态特性,在弹性地基下的非线性自由和强迫振动,以及三维非线性动力学．G u o等[８８]提出了随机轴向功能梯度材料构造输流管道系统的有效统计性固有频率分析方法．L i u和L i[８９]考虑高阶圆柱梁模型和几何非线性,建立了功能梯度输流管道在弹性地基下的非线性控制方法和边界条件,采用微分求积方法确定系统的非线性频率和幅频响应,并揭示了几何和物理参数对系统动力学行为影响．C h a n g等[９０]预估了具有初始变形下弹性地基功能梯度输流管道静态屈曲和后屈曲动力学特性．除此之外,B a b a e i[９１]利用二步扰动法,研究了功能梯度碳纳米管增强输流管道的热前屈曲和后屈曲的频率响应受几何特性㊁地基刚度㊁碳纳米管增强分布形式和体积分数的影响．G h a d i r i a n等[９２]基于T i m o s h e n k o梁模型,研究了功能梯度碳纳米管增强输流管道的非线性自由振动和稳定性．R e n等[９３]针对工程中飞机中输流管道存在内流和外载荷联合作用下流固耦合振动,研究了功能梯度石墨烯增强输流管道在前屈曲和后屈曲情况下碰撞动力学和突跳行为受流速㊁碰撞速度㊁结构材料和几何因子的影响．结果表明,随着碰撞能量提高,流体促使后屈曲管道展现对称的双稳态特征,结构阻尼对响应影响较大．L i和L i u[９４]考虑高阶剪切变形梁模态,建立了各项异性复合材料输流管道在弹性地基下的非线性振动模型,利用微分求积方法和迭代算法确定了非线性频率和幅频响应．G u o等[９５]关注了悬臂弹性连接双复合材料输流管道系统的流固耦合失稳和分岔特性,通过A r g a n d图分析了颤振失稳,利用分岔图㊁时间历程和相图等非线性动力学分析手段,研究了系统在后屈曲情况下的周期和概周期等复杂现象,并发现了二管道的纤维排布方法能打破系统对称稳定性区间和分岔行为．G u o等[９６,９７]研究了具有时变张力复合材料输流管道在亚临界和超临界下的非线性动力学,以及在热环境下的屈曲和后屈曲行为．７㊀输流管道的振动控制输流管道动力学分析的最终目的是振动控制,减少管道振动幅值,改善其工作的动力学环境,提高机械系统运转的可靠性．目前,对于输流管道的振动控制研究主要分为优化设计结构的控制㊁被动控制和主动控制．工程中应用的输流管道,安装和设计是固定的,因此外激励频率的变化范围也是一定的．通过理论分析和实验方法,调谐管道参数㊁支承位置㊁材料和结构布置方式等,可实现系统固有频率和模态的避免共振的调控,实现管道的振动控制．S h o a i b 等[９８]通过对带隙的实验分析,利用周期性惯性放大机构来减弱输流管道的振动．通过考虑轴向运动和旋转运动,L i a n g等[９９]提出了一种新的输送流体声子晶体(P C)管模型,并发现了耦合区域的振动自抑制行为．L y u等[１００]根据带隙产生的机理提出了一种超薄压电晶格来抑制输流管道的振动．在旋转局部共振输流管道的基础上,L i a n g等[１０１]人提出了一种新的动态超材料结构．结果表明,局部谐振管更容易形成低频带隙,有利于振动抑制．以往的研究主要集中在通过系统本身的优化设计来抑制输流管道的振动．通过引入特定的阻尼力,提出被动控制,以达到更好的减振效果．被动控制方法由于结构设计简单,不需要外部能源,能有效地减小结构在高频段的振动,已被广泛应用于结构振动的抑制．K h a z a e e等[１０２]提出了一种由两个线性弹簧㊁一个轻质量块和一个线性阻尼器组成的被动非线性吸振器,它以接地和非接地的形式与管道连接,以实现对输流管道的振动抑制．D i n g 等[１０３]使用由三个线性弹簧组成的准零刚度系统作３２Copyright©博看网. 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振动力学_上海交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
振动力学_上海交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对于任意初始激励，二自由度系统的响应都是两个主振型的叠加。
答案:正确2.如图所示的系统中，四个物体的质量均为m，由三根刚度系数均为k的弹簧连接，系统的刚度矩阵为：【图片】答案:3.如图所示两自由度系统，系统的固有频率分别为【图片】和【图片】。
系统的模态矩阵为：【图片】答案:4.如图所示两自由度系统，系统的固有频率分别为【图片】和【图片】，系统的模态矩阵为【图片】，系统存在初始条件【图片】和【图片】。
系统的响应分别为：【图片】答案:5.如图所示柔性悬臂梁，梁两端的物理边界条件为：【图片】答案:左端挠度为零、截面转角为零，右端弯矩为零、剪力为零6.一个无阻尼单自由度弹簧质量系统，在【图片】时间间隔内受到如图所示的突加的矩形脉冲力作用【图片】，已知系统的固有频率为【图片】。
采用杜哈梅积分所求得的系统响应为：【图片】答案:7.如图所示等截面梁，长度为l，弹性模量为E，横截面对中性轴的惯性矩为I，梁材料密度为【图片】。
集中质量为m，卷簧刚度为【图片】，直线弹簧刚度为【图片】。
【图片】为梁x位置的截面在t时刻的振动位移。
写出系统的动能和势能表达式：动能为（），势能为（）。
【图片】答案:_8.只有一个机械系统的全部元件即弹簧、质量块和阻尼都是非线性的，这个系统的振动才是非线性振动答案:错误9.单自由度线性振动系统有可能会有两个及以上的固有频率。
答案:错误10.粘性阻尼系统的运动微分方程是非线性的。
答案:错误11.无阻尼单自由度系统的振幅随时间变化答案:错误12.对于一个单自由度振动系统，假定系统受到简谐外部激励的作用，如下说法正确的是答案:系统的稳态响应是以外部激励的频率为振动频率进行振动的13.叠加原理适用于线性振动系统分析，也适用于非线性振动系统分析。
答案:错误14.如下说法是否正确：柔性悬臂梁的固有频率和模态函数可以通过梁的动力学方程求得。
刚—柔耦合系统动力学建模理论与仿真技术研究
刚—柔耦合系统动力学建模理论与仿真技术研究一、概述随着现代科学技术的发展，刚—柔耦合系统在航空、航天、机械工程等多个领域发挥着越来越重要的作用。
这类系统通常由刚体部分和柔性体部分组成，其动力学行为既包含刚体的运动特性，也包含柔性体的变形特性。
如何准确、高效地对刚—柔耦合系统进行动力学建模和仿真，对于理解和预测系统在实际工作条件下的行为，以及优化系统设计具有重要意义。
本文旨在对刚—柔耦合系统的动力学建模理论与仿真技术进行深入研究。
将对刚—柔耦合系统的基本概念、特点和分类进行介绍，明确研究背景和意义。
随后，将综述当前在刚—柔耦合系统动力学建模领域的主要方法和进展，包括基于多体系统动力学理论的建模方法、有限元方法、以及近年来兴起的刚—柔耦合建模方法。
在此基础上，本文将重点探讨刚—柔耦合系统动力学建模的关键技术，如刚柔耦合界面的建模、参数识别、以及模型验证等。
本文还将探讨刚—柔耦合系统动力学仿真的相关技术。
仿真技术的选择和实现对于准确预测系统动态行为至关重要。
本文将分析不同的仿真策略，如多体系统动力学仿真、有限元仿真以及多尺度仿真，并探讨这些策略在刚—柔耦合系统中的应用。
同时，将讨论仿真过程中可能遇到的问题和挑战，如计算效率、精度控制和结果分析等。
本文将通过具体的案例研究，展示所提出的动力学建模与仿真技术在刚—柔耦合系统中的应用效果，验证所提方法的有效性和实用性。
通过本文的研究，期望能为刚—柔耦合系统动力学建模与仿真技术的发展提供新的理论依据和技术支持。
1. 刚—柔耦合系统的定义与特性刚—柔耦合系统是指在工程实际中广泛存在的一类复杂系统，其核心特点在于系统内同时包含了刚性部件和柔性部件。
这种系统的动力学行为不仅受到刚性部件的直接影响，还受到柔性部件的显著作用。
刚—柔耦合系统的动力学建模与仿真技术研究，对于理解和预测这类系统的动态行为具有重要的理论和实际意义。
刚—柔耦合系统可以被定义为一个由至少一个刚性部件和一个柔性部件组成的动力学系统。
《振动与冲击》杂志2006年总目次
液压减振器热动力学及其影响因素理论分析 ……………………………………………… 张立军 余卓平 阳 鹏 尹东晓（ ５ ９） 基于动力学环境试 验数据的模态参数识别 ………………………………………………… ………… 夏 江宁 陈志峰 宋汉文（ ９） ９ 维杆状结构声子晶体扭转振动带隙研究 ……………………………………… 郁殿龙 刘耀宗 王 刚 温激鸿 邱 静 （ｏ ） １ ４
不平衡转子系统弯扭耦合振动的特征信息 Nhomakorabea取与应用 ………………………………………………………… 伍 奎
李润方（ ３ ７）
橡胶隔振器冲击刚度特性试验研究 ………………………………………………………… 黄映云 何 琳 谭 波 汪 玉（ ７） ７ 科氏力对 旋转叶片动频 的影响 ……………………………………………………………… ………… 李永强 郭星辉 李 健 （ ９） ７ 基于 Ｋ 检 验的智能故 障诊 断方法研究 …………………………………………………… 候 澍曼 李友 荣 姬 水旺 刘光临（ ２） ｓ ８ 基于响应的梁损伤识 别 ……………………………………………………………………… …………………… 金 明凡 赵 玫（ ６） ８ 用锤击试验反应最大值监测钢筋混凝土简支桥梁结构损伤程度的试验研究 ……………………… 王利恒 周锡元 阎维明（ ０） ９
车辆驱动桥噪声分析及试验研究 ……………………………………………………………………… 孟 庆华 周晓军 具有 中间支承的薄膜固有振动分 析 ………………………………………………………………………… ……………… 矩形 Ｍｉｄ ｎ板振 动分 析的 Ｄ Ｃ方法 ……………………………………………………… ………… 候 云山 刘宏兵 ｎｌ ｉ Ｓ 基于频率整型的 Ｈ 主动悬架 控制研究 …………………………………………………… ………… 孙 涛 喻 凡 庞 茂（３ ） １６ 吴 晓（４ ） １ ｏ 翟红村 （４ ） １２ 沈晓鸣（４ ） １ ６
组织结构柔性化和企业管理柔性化问题
组织结构柔性化和企业管理柔性化问题研究一、组织结构柔性化的特征及表现：1、组织结构柔性化柔性组织结构是相对于传统刚性组织结构而言，它指适应现代市场需求而产生的，结构简洁，反应灵敏、迅速，灵活多变，能适应现代化的高柔性的生产技术的组织结构。
2、满足市场需要、适用于柔性生产技术是柔性组织结构存在的前提条件。
为满足这两个前提条件，柔性组织结构应具有以下特点：第一，组织机构模块化。
柔性组织结构都是按一定功能划分的模块式组织，某模块式组织一般都可完成一定生产任务。
模块化组织机构都有十分标准化的接口，可以方便而快捷的与其它模块化了的组织机构重组。
第二，组织层次减少。
由于计算机及网络的使用，使信息传递、处理与决策都可以由计算机自动完成，高层领导可以通过网络与基层生产组织直接发生联系，许多中间管理层失去存在的必要，整个组织结构层次大大的减少，也就是实现“组织结构扁平化”。
第三，采用团队工作方式。
组织内部模块化、单元化的组织机构可随时应市场需求而组成不同的新的组织，即临时团队。
一个临时团队一般都有要完成一个完整的生产过程，包括产品的设计开发、生产计划及准备、生产控制以及产品的销售。
值得注意的是，这些模块以前很少或基本不发生直接联系，彼此之间不够熟悉，因此需要做好织协调工作，以使他们在目前的团队中能够默契配合，快速而有效地完成任务。
第四，人员结构发生变化。
柔性组织结构的层次少，管理幅度加宽，许多高层管理者甚至经常与基层生产人员发生直接联系，这就要求管理者应该在知晓管理知识技能的同时还需要懂得一定的生产技术。
技术革新人员也应该懂得管理。
因此柔性组织结构中的成员都应该是“一专多能”的。
二、企业管理柔性化企业管理的柔性化表现在两个方面:一是以柔性生产和制造为前提而提出的柔性化管理。
它首创于日本丰田汽车公司,原指“生产系统应付变化的环境或环境带来的不稳定性的能力”。
(Mandelbaum1978)它的特点是实行小批量多品种生产,对顾客需求迅速作出反应,利用电脑技术调整生产线,降低成本,提高劳动效率。
弹性悬链线索单元基本方程的求解策略
弹性悬链线索单元基本方程的求解策略弹性悬链线是一种模拟现实力学系统中的柔性物体的数值计算方法。
在悬链线系统中，弹性的线段被考虑为伸长的弹性材料，并且受到重力和外部约束力的作用。
弹性悬链线的基本方程是一个非线性偏微分方程组，其求解涉及到数值方法和迭代算法。
本文将介绍弹性悬链线单元的基本方程和求解策略。
弹性悬链线单元的基本方程可以描述为一维的拉伸-扭转耦合的弹性方程组。
对于弹性悬链线单元的一段长度为Δs的线段，其拉伸力和弯曲力均为非线性关系，可以通过广义背对背变形能函数表示。
该能函数是线性弹性扭转能函数和非线性拉伸能函数的和。
一般情况下，拉伸能的形式为：Wstretch = 1/2 * C * (λ - 1)^2其中，C是拉伸刚度，λ是该线段的伸长比。
而弯曲能的形式为：Wbend = 1/2 * EI * (σk - κ)^2其中，EI是弯曲刚度矩阵，σk是线段较小曲率，κ是线段曲率半径。
该能函数是力学系统的总能量，即广义坐标和广义速度的函数。
根据拉格朗日方程，可以从广义背对背能量函数中导出力学系统的方程。
根据拉伸能和弯曲能的偏导数，可以得到拉伸力和弯曲力的表达式。
对于拉伸力的导数形式为：Fstretch = C * (λ - 1)对于弯曲力的导数形式为：Fbend = EI * (d^2σk/ds^2 - κ)其中，d^2σk/ds^2是线段较小曲率的二阶导数。
通过这些表达式，可以得到弹性悬链线单元的基本方程。
求解弹性悬链线单元的基本方程通常采用迭代法。
迭代法的一般步骤如下。
首先，将线段的起始位置和速度作为初始条件输入。
然后，根据初始条件，计算线段的长度、伸长比、曲率等参数。
根据当前的参数，可以计算出线段的拉伸力和弯曲力。
其次，根据弹性悬链线单元的基本方程，求解线段的加速度。
这可以通过牛顿第二定律得到。
然后，使用数值方法对基本方程进行离散化处理，并计算新的线段位置和速度。
可以使用Euler方法、四阶Runge-Kutta方法等数值方法。
柔性管理
柔性管理（SoftManagement）从本质上说是一种对“稳定和变化”进行管理的新方略。
柔性管理理念的确立，以思维方式从线性到非线性的转变为前提。
线性思维的特征是历时性，而非线性思维的特征是共时性，也就是同步转型。
从表面混沌的繁杂现象中，看出事物发展和演化的自然秩序，洞悉下一步前进的方向，识别潜在的未知需要和开拓的市场，进而预见变化并自动应付变化，这就是柔性管理的任务。
柔性管理柔性管理从本质上说是一种对“稳定和变化”进行管理的新方略。
柔性管理理念的确立，以思维方式从线性到非线性的转变为前提。
线性思维的特征是历时性，而非线性思维的特征是共时性，也就是同步转型。
从表面混沌的繁杂现象中，看出事物发展和演化的自然秩序，洞悉下一步前进的方向，识别潜在的未知需要和开拓的市场，进而预见变化并自动应付变化，这就是柔性管理的任务。
柔性管理以“人性化”为标志，强调跳跃和变化、速度和反应、灵敏与弹性，它注重平等和尊重、创造和直觉、主动和企业精神、远见和价值控制，它依据信息共享、虚拟整合、竞争性合作、差异性互补、虚拟实践社团等，实现管理和运营知识由隐性到显性的转化，从而创造竞争优势。
“柔性管理”是相对于“刚性管理”提出来的。
“刚性管理”以“规章制度为中心”，用制度约束管理员工。
而“柔性管理” 则“以人为中心”，对员工进行人格化管理。
“柔性管理”的最大特点，在于它主要不是依靠外力?如发号施令，而是依靠人性解放、权力平等、民主管理，从内心深处来激发每个员工的内在潜力、主动性和创造精神，使他们能真正做到心情舒畅、不遗余力地为企业开拓优良业绩，成为企业在全球激烈的市场竞争中取得竞争优势的力量源泉。
“柔性管理”的特征：内在重于外在，心理重于物理，身教重于言教，肯定重于否定，激励重于控制，务实重于务虚。
显然，在知识型企业管理柔性化之后，管理者更加看重的是职工的积极性和创造性，更加看重的是职工的主动精神和自我约束。
柔性管理1、激发人的创造性在工业社会，主要财富来源于资产，而知识经济时代的主要财富来源于知识。
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二、立论依据
三、研究方案
四、研究基础
* 论文：作者·题目·刊名·年份·卷（期）·页码专著：作者·书名·出版者·年份
五、经费预算
注: 预算支出科目按下列顺序填写: 1. 科研业务费 2. 实验材料费 3. 仪器设备费 4. 实验室改装费5. 协作费 6. 项目组织实施费。
开支范围详见《国家自然科学基金资助项目财务管理办法》第二章。
八、申请者承诺
我保证上述填报内容的真实性。
如果获得资助，我与本项目组成员将严格遵守国家自然科学基金委员会的有关规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料。
申请者（签章）
2002 年3 月10 日
九、推荐意见
既不具有高级专业技术职务又不具有博士学位的申请者，须有两名具有高级专业技术职务的同行专家推荐。
推荐时，请认真负责地介绍申请者及其项目组成员的业务基础、研究能力、科研态度及研究条件等。
项目组成员不能做推荐者。
具有高级专业技术职务的在职博士生申请须由导师在此栏目签署意见。
十、申请者所在单位及合作单位的审查与保证。