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叠层板状结构的流固耦合振动特性研究

作　者: 王晓锋
导　师: 郭长青
学　校: 南华大学
专　业: 结构工程
关键词: 流固耦合叠层板状动力特性临界流速
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 110次
引　用: 2次
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内容摘要

叠层板状元件是核反应堆设计中所采用的一种新型堆芯燃料元件,它是由多个板状燃料元件平行地安装在高速流动的冷却流中,构成平行板叠层结构。冷却剂的高速流动可使板状元件产生较大振幅的流固耦合振动并导致元件的失稳破坏。本文以核反应堆中的新型叠层板状堆芯元件的应用为背景,对该元件的流固耦合振动特性进行了研究。提出了将叠层板状结构视为多层平行板梁与整体单梁的对接问题的动力特性分析方法,并对该叠层板型元件实验模型的干模态固有频率与振型进行了理论分析和计算;采用势流理论和Green函数法导出的流体的附连质量,导出了叠层板型元件流固耦合运动方程及其复模态振型方程,计算了叠层板型元件的流固耦合振动特性;用动态电磁法分别对单板和叠层板元件的流致振动进行了测试;对叠层板元件在流场中的临界流速进行了研究,分析了不同的几何参数对临界流速的影响。通过理论分析、计算和实验,得出如下结论:电磁法测试振动具有较高的可靠性和精度,对流致振动的测试具有良好的适用性,是一种行之有效的动态测试手段;分析叠层板型元件的流固耦合振动特性时,采用多层平行板梁与整体单梁对接的力学模型是可行的;板状结构的流致振动具有复模态特性,各阶固有频率均随流速的增大而降低,而且低阶比高阶下降的速度更快;减小水隙高度,增加垫条宽度和板的厚度以及焊接段的长度,均可提高临界流速;增加板的长度,临界流速则急剧下降。本项研究从理论计算和实验等方面找到了一些规律性的结果,可为核反应堆堆芯元件的设计和安全分析提供一些有用的方法和数据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-15
    1.2.1 输液管道流固耦合振动问题研究进展  10-14
    1.2.2 板壳结构流固耦合振动研究进展  14-15
  1.3 本文的研究内容  15-16
第2章板状结构元件的动力特性测试方法  16-21
  2.1 动态测试主要仪器设备  16-17
  2.2 动态测试电磁法的基本原理  17-18
  2.3 动态测试电磁法的标定  18-21
第3章板状结构元件的干模态固有振动特性分析  21-31
  3.1 模型的建立  21-22
  3.2 理论分析  22-27
  3.3 数值方法与计算结果  27-29
  3.4 实验验证  29-30
  3.5 小结  30-31
第4章板状结构元件的流致振动特性分析与测量  31-46
  4.1 板状结构元件附连水质量的理论计算公式  31-34
  4.2 叠层板与随动流体的耦合运动方程及其复模态振型方程  34-35
  4.3 数值计算  35-38
  4.4 板状结构元件的流致振动试验  38-45
    4.4.1 流场设计与流速测量  38-39
    4.4.2 单板的流致振动测试  39-41
    4.4.3 叠层板状元件流致振动测试  41-45
  4.5 小结  45-46
第5章不同参数对临界流速的影响  46-58
  5.1 流致失稳临界平衡方程  46
  5.2 失稳特征方程组的推导  46-50
  5.3 数值方法及计算结果  50-57
    5.3.1 板的厚度对第一阶临界流速的影响  52-53
    5.3.2 板的长度对第一阶临界流速的影响  53-54
    5.3.3 水隙高度对第一阶临界流速的影响  54-55
    5.3.4 垫条宽度对第一阶临界流速的影响  55-56
    5.3.5 焊接段的长度对第一阶临界流速的影响  56-57
  5.4 小结  57-58
第6章结论与展望  58-60
  6.1 结论  58
  6.2 展望  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-66

叠层板状结构的流固耦合振动特性研究

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