疊層板狀結構流致振動響應及穩(wěn)定性研究.pdf

1、板狀疊層結構在核反應堆燃料元件的結構一體化設計中有著重要的應用。如果在運行過程中出現(xiàn)動力學失穩(wěn)（如屈曲、顫振），將嚴重影響系統(tǒng)的正常工作、危及結構安全。對這類結構的非線性響應及穩(wěn)定性研究具有重要的理論意義和廣泛的應用價值。本文以理想流體中的板狀疊層結構為研究對象，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行系統(tǒng)研究，以期揭示系統(tǒng)產(chǎn)生各種復雜動力學行為的機理，為板狀疊層結構在工程中的應用提供理論依據(jù)。研究的主要內容如下:
　　1.針對軸向流作用下單層板的線性

2、流固耦合運動控制方程，分別基于微分求積法和有限差分法建立了流場網(wǎng)格和結構網(wǎng)格統(tǒng)一的離散化格式，再通過特征值方法分析其穩(wěn)定性。對兩種離散化方法的計算結果進行比較，結果表明，在軸向流的作用下，兩端簡支和兩端固支壁板首先發(fā)生屈曲失穩(wěn)。對于考慮壁板前后緣邊界的模型，使用有限差分法離散求解能得到較好的結果，計算結果和相關文獻中的結果基本吻合。
　　2.建立了軸向流作用下疊層板的流固耦合方程，分別采用基于微分求積法和有限差分法的離散化方法對系

3、統(tǒng)進行離散，通過流固耦合邊界條件，將流場勢函數(shù)用板的橫向振動位移變量來表示，得到僅關于疊層板的橫向振動位移變量的離散控制方程。通過求解控制方程的廣義特征值對流固耦合作用下疊層板的穩(wěn)定性和模態(tài)進行分析。計算結果表明，軸向流作用下疊層板的一階模態(tài)并不是疊層板的同相彎曲模態(tài)，體現(xiàn)了流體力對固有特性的影響。
　　3.以跨中有非線性彈簧支承的單板受簡諧外激勵力的流固耦合系統(tǒng)為對象，研究外激勵力對系統(tǒng)流致振動響應的影響?；谖⒎智蠓e法對系統(tǒng)進

4、行離散，采用數(shù)值積分法計算系統(tǒng)的動態(tài)響應。給出了系統(tǒng)以來流速度、外激勵幅值為參數(shù)的分叉特性。
　　4.考慮剛性導流段和尾流段對流場的影響，建立受非線性約束單層板的非線性流固耦合運動控制方程，用有限差分法對控制方程進行離散。為了克服差分網(wǎng)格較多時帶來的計算規(guī)模較大的問題，對控制方程用主模態(tài)縮減法縮減自由度，然后對離散方程進行數(shù)值積分，得到系統(tǒng)的復雜響應，分析其分岔和混沌特性。計算結果表明，隨來流速度和激振力幅值兩個參數(shù)變化，系統(tǒng)具有

5、極其復雜的動態(tài)響應，包括多種形式的周期、擬周期和混沌運動等形式，系統(tǒng)以周期倍化分岔或擬周期過程通向混沌。
　　5.以受非線性約束單層板的模型為基礎，在來流中引入簡諧振蕩流，研究簡諧振蕩流對板狀結構流致振動響應的影響。計算結果表明，以來流流速幅值和來流振蕩頻率為可變參數(shù)時，系統(tǒng)具有極其復雜的動態(tài)響應，通過分岔圖、相圖和龐加萊截面圖等方法判斷了系統(tǒng)的多種形式的周期、擬周期和混沌運動，系統(tǒng)一開始經(jīng)由周期倍化分岔的方式進入混沌，最后經(jīng)由倒