输流管道在现代工业中应用广泛,因流固耦合和工作环境联合作用会产生振动和噪声,所以其振动问题受到越来越多的关注。本文围绕薄壁输流管道,结合功能梯度材料的相关特性,研究了薄壁输流管道的动力特性和稳定性。论文的主要研究内容以及得出的主要结论如下:1.针对考虑流固耦合的输流直管和输流曲管,分别构造了区间B样条小波直管单元和小波曲管单元。将小波有限元应用于求解各种边界下输流直管和曲管的频率,以及采用Marzani方法和Paidoussis方法,求解了悬臂输流直管的临界流速曲线。分析结果表明,区间B样条小波有限元在输流管道的流固耦合线性振动问题计算上有着一定的优势,所需单元数少,且数值结果精确可靠,而且在相同的程序结构和计算条件下,小波有限元计算时间少。另外,采用Marzani方法获得的悬臂输流直管临界流速曲线数值结果正确,且单调递增,符合线性系统Routh-Hurwitz稳定判定准则。2.基于薄壁梁模型,采用哈密顿方法推导了考虑剪切作用的功能梯度薄壁输流管道运动微分方程。应用样条小波有限元离散薄壁输流管道振动微分方程,推导了不考虑剪切和考虑剪切两种模型的小波单元刚度矩阵、小波单元阻尼矩阵和小波单元质量矩阵。采用幂函数描述功能梯度管道中力学性能的变化,计算和分析了在管外温度高于管内和管内温度高于管外两种情况下的动力特性差别。分析结果表明,无论是不考虑剪切作用的模型,还是考虑剪切作用的模型,薄壁输流管道前六阶自然频率随着体积分数或者温度梯度增大而单调递减,趋势相同。两种温度分布的薄壁输流管道各阶自然频率之差不是单调变化的,也不总是大于0,取决于温度梯度和体积分数指数。对于不考虑剪切作用的模型,两种温度分布下的薄壁输流管道临界流速曲线均随质量比增大而单调递增,而两种温度分布下的临界流速之差随温度梯度变化不是单调的,且随质量比增大,其绝对值越大。3.基于同轴双壳模型,考虑流固耦合作用,建立了两端固定的同轴双壳薄壁输流管道的运动微分方程。结合功能梯度材料相关特性,应用伽辽金法和傅里叶变换,研究了体积分数指数对同轴双壳薄壁输流管道动力特性的影响。分析结果表明,一个壳体材料为功能梯度材料,另一壳为金属的同轴双壳薄壁输流管道在流速较低时,体积分数指数越小,对应的频率越大;在流速较大时体积分数指数的影响则随流体流动区域和内外壳材料不同而不同。4.基于不考虑剪切作用的薄壁梁模型,采用随机有限元法,研究了随机参数和物理参数对置放在随机弹性基础上功能梯度薄壁输流管道动力特性的影响,分析变异系数、相关长度、体积分数指数和温度梯度对临界流速的均值和标准方差的影响。分析结果表明,对于固定的变异系数值,不同的体积分数指数或温度梯度对应的临界流速均值随相关长度变化曲线趋势相同。对于固定的体积分数指数和温度梯度,当变异系数较小时,薄壁输流管道临界流速均值随相关长度增大而增大,当变异系数较大时,临界流速均值随相关长度变化不是单调的。在固定的变异系数和失效概率下,随着相关长度的增大,随机刚度下的薄壁输流管道极限流速在减小。5.分别针对两端由卡箍夹紧的薄壁输流管道和弹性基础上的悬臂薄壁输流管道,应用小波有限元方法将输流管道系统进行离散,考虑其不确定性引起的系统误差,采用非参方法进行输流管道的动力特性研究。分析结果表明,对于卡箍支撑的输流管道,均值模型的频率响应曲线均在其非参模型的99%可信区间之中,频率阶数越大,不确定性对频响曲线的可信区间影响越大。对于频率随流速变化的曲线,输流管道非参模型的可信区间完全包含均值模型的曲线,随着流速的增大,系统误差对每阶频率的实部影响越小,而对每阶频率的虚部影响越大,但是发散失稳和颤振失稳的临界流速没有变化。对于弹性基础上输流管道,非参模型的可信区间也能完美包含均值模型的临界流速曲线,质量比越大,系统误差对其影响越大。6.通过随机振动试验和液压冲击试验,研究和分析了在标准卡箍和新型卡箍两种不同支撑下输流管道的振动响应。通过试验结果的对比,分析两种卡箍支撑对于管道动力学特性的影响。通过试验分析可知,在环境振动和液压冲击作用下,两种卡箍支撑下管路的振动特性区别不大,但其振动响应相差很大。在新型卡箍支撑这下管道振动响应显著降低,下降幅度高达95%。因此,优化支撑结构,能够对管道系统起到减振作用。综上所述,本文研究了体积分数指数、温度分布、弹性基础、卡箍约束对薄壁输流管道动力特性影响,其计算和试验结果对于输流管道的设计和应用具有参考意义。