【摘要】：橫向流誘發(fā)的柱體結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題廣泛地存在我們的日常生活與工程實(shí)際中,這類結(jié)構(gòu)往往在各自的領(lǐng)域中扮演著重要的角色,一旦發(fā)生破壞,將造成不可估量的損失。因此,如何有效地控制橫向流誘發(fā)的柱體振動(dòng),提高穩(wěn)定性,延長(zhǎng)其使用壽命,具有重大意義。本文正是基于以上的工程背景,開展了針對(duì)馳振與渦激振動(dòng)的控制策略研究,通過理論建模、解析分析和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,重點(diǎn)探究了控制系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)流致振動(dòng)控制效果的影響,觀察到了一些以往所未曾發(fā)現(xiàn)的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象,拓展了前人的研究。本文的主要內(nèi)容和研究成果包括:1.系統(tǒng)地研究了線性動(dòng)力吸振器對(duì)方柱馳振的控制效果�；跍�(zhǔn)穩(wěn)態(tài)理論建立了系統(tǒng)的非線性耦合運(yùn)動(dòng)方程,分別通過線性和非線性分析,研究了吸振器的質(zhì)量比、阻尼比和剛度比對(duì)發(fā)生馳振的臨界流速和振幅的影響,引入了一種非線性規(guī)范型法(Normal Form)來與數(shù)值方法進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明,通過增大吸振器的阻尼比或者使質(zhì)量比與剛度比接近可以顯著地增大發(fā)生馳振的臨界流速并減小振幅;規(guī)范型法可以較準(zhǔn)確地計(jì)算臨界流速及分岔點(diǎn)附近的響應(yīng),還能判斷系統(tǒng)的分岔形式,且相比于數(shù)值解法更加高效。2.提出了一種線性與非線性彈簧并聯(lián)的新型動(dòng)力吸振器模型(Lin-non DVA),并與已有文獻(xiàn)中報(bào)道過的多種吸振器模型進(jìn)行了對(duì)比研究。分析結(jié)果表明,具有線性彈簧的動(dòng)力吸振器模型對(duì)發(fā)生馳振的臨界流速的控制效果更明顯;在非線性彈簧的作用下,耦合系統(tǒng)可能出現(xiàn)極限環(huán)運(yùn)動(dòng)、多穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和混沌運(yùn)動(dòng)等多種非線性動(dòng)力學(xué)行為。正是由于系統(tǒng)的多穩(wěn)態(tài)響應(yīng)導(dǎo)致了能量在主結(jié)構(gòu)與吸振器之間周期性的傳遞與耗散,從而減小了主結(jié)構(gòu)的振幅;特別地,本文首次發(fā)現(xiàn)了單一的非線性能量阱在流致振動(dòng)控制中存在一個(gè)有效的流速范圍,而本文提出的Lin-non DVA模型在很寬的流速范圍內(nèi)都表現(xiàn)出良好的馳振振幅控制效果。3.研究了線性與非線性時(shí)滯反饋對(duì)馳振的控制效果。通過線性分析發(fā)現(xiàn),線性時(shí)滯反饋不僅能明顯地增大發(fā)生馳振的臨界流速,還能使臨界流速減小為零;特別地,臨界流速會(huì)隨著線性時(shí)滯的增大呈現(xiàn)周期性的變化;通過多尺度法推導(dǎo)了系統(tǒng)發(fā)生Hopf分岔的規(guī)范型來判斷系統(tǒng)的分岔形式和計(jì)算分岔點(diǎn)附近的振幅;通過非線性分析發(fā)現(xiàn),線性時(shí)滯反饋可以顯著地抑制或增強(qiáng)馳振響應(yīng),而非線性時(shí)滯反饋可以將系統(tǒng)由亞臨界的Hopf分岔轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界的Hopf分岔。4.進(jìn)一步研究了時(shí)滯反饋對(duì)圓柱渦激振動(dòng)的控制效果。引入了一種基于van del Pol方程的尾流振子模型來描述尾流與結(jié)構(gòu)的相互作用,通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了該模型與選取的計(jì)算參數(shù)的有效性。研究結(jié)果表明,時(shí)滯反饋可以通過改變系統(tǒng)的耦合阻尼與耦合頻率來影響渦激振動(dòng)共振區(qū)的偏移、大小以及共振區(qū)內(nèi)的振幅;與馳振控制相類似,通過選取合適的控制參數(shù),時(shí)滯反饋可以有效地抑制或增強(qiáng)渦激振動(dòng)響應(yīng)。此外,當(dāng)反饋增益系數(shù)和時(shí)滯較大時(shí),渦激振動(dòng)與時(shí)滯反饋?zhàn)饔孟碌淖约ふ駝?dòng)耦合作用更加明顯,使得系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)變得比較復(fù)雜,在共振區(qū)內(nèi)還出現(xiàn)了未曾見過的雙峰值現(xiàn)象。綜上所述,本文針對(duì)橫向流致振動(dòng)的特性與機(jī)理,提出了動(dòng)力吸振器與時(shí)滯反饋兩種控制策略,并進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析。與以往的研究相比,本文提出的控制方法模型簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且可控性強(qiáng),具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和理論指導(dǎo)意義。
【圖文】：

大型煙?

圖 1-4 圓柱渦激振動(dòng)的頻率、相位和幅值隨約化速度的變化[8內(nèi)，漩渦強(qiáng)度會(huì)明顯增大，升力也會(huì)隨之增大，結(jié)構(gòu)的4 的下半部分。為了對(duì)渦激振動(dòng)的研究現(xiàn)狀有一個(gè)全面數(shù)值模擬和理論研究三個(gè)方面進(jìn)行介紹。研究
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O353.1;O231

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙海;曹登慶;龍鋼;;基于動(dòng)態(tài)吸振器的高超聲速?gòu)?fù)合材料壁板顫振抑制及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2013年10期

2 齊歡歡;徐鑒;;輸液管道顫振失穩(wěn)的時(shí)滯控制[J];振動(dòng)工程學(xué)報(bào);2009年06期

3 楊智春;楊飛;張玲凌;;動(dòng)力吸振器用于夾層壁板顫振抑制的研究[J];振動(dòng)與沖擊;2009年02期

4 唐友剛,谷家揚(yáng),左建立,閔建琴;隔水套管波流聯(lián)合作用下非線性動(dòng)力響應(yīng)[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2005年08期

5 馬馳,董艷秋,楊麗婷;海洋平臺(tái)張力腿在兩種邊界條件下的渦激非線性振動(dòng)的比較研究[J];船舶力學(xué);2000年01期

6 孫朝暉，，戴揚(yáng)，王沖，孫進(jìn)才;飛機(jī)壁板減振降噪中動(dòng)力吸振器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[J];噪聲與振動(dòng)控制;1995年04期

7 董艷秋;波、流聯(lián)合作用下海洋平臺(tái)張力腿的渦激非線性振動(dòng)[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);1994年03期

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1 唐國(guó)強(qiáng);立管渦激振動(dòng)數(shù)值模擬方法及物理模型實(shí)驗(yàn)[D];大連理工大學(xué);2011年

2 董錦坤;結(jié)構(gòu)馳振理論分析及風(fēng)振控制[D];東北大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2592680