郭梓龙 王 琳 倪 樵 贾青青 杨文正

(华中科技大学工程力学系,武汉 430074)

引言

在当今迅速发展的工业时代,输流管道已成为众多工程装备的重要组成元部件.海洋工程中的海洋立管、核电装备中的管束结构等都是输流管道应用的典型实例.在管内流体的激励下,管道因流体-固体耦合作用可产生自激振动和有害噪声.当其他外界激励频率与输流管道固有频率相近时还可能引起共振,从而诱发受迫振动与自激振动的协同作用.事实上,输流管的流固耦合过程也表现出一种较强的非线性流固耦合特征,正因为如此,输流管结构的动力学问题研究已成为流固耦合力学领域的重要研究内容之一[1-7].

悬臂输流管道是典型的非保守系统,在流速较大时会丧失稳定性并发生动态的非线性颤振现象,这显著不同于两端支承输流管道只可能出现的静态屈曲失稳现象.悬臂输流管道失稳后的大幅颤振行为可加速管道构件的疲劳破坏,严重时甚至可造成不可估量的安全事故.

在学术界,输流管道出现失稳时的流速值被称为临界流速.近年来,人们通过对临界流速的调节已成为输流管动力学控制研究的一个重要内容;此外,还有学者采用各种控制方法来降低管道振动幅值,从而达到降低管道破裂或疲劳损伤等风险[8-15].

输流管振动控制方法主要包括主动和被动两种.主动控制方法通常借助外界能量的输入来实现对输流管系……