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外激励作用下输流管道伴随内共振的非线性振动分析
摘要：
输流管道的非线性振动问题一直是流体力学领域中的重要研究方向。本文基于外激励作用下输流管道伴随的内共振现象，详细阐述了该问题的研究现状和研究进展。首先，介绍了输流管道的内外激励，并从物理学层面上对其进行了分析和解释。接着，详细讨论了输流管道内部共振引起的非线性振动现象，包括谐波扭曲、主共振和高次谐波等。最后，对未来研究方向进行了展望和总结。
关键词：输流管道；非线性振动；内共振；外激励
Abstract:
Theproblemofnonlinearvibrationoffluidtransportpipelinehasalwaysbeenanimportantresearchdirectioninthefieldoffluidmechanics.Basedontheinternalresonancephenomenonaccompaniedbyexternalexcitationinthepipeline,thispaperelaboratesontheresearchstatusandprogressofthisproblem.Firstly,theexternalandinternalexcitationofthefluidtransportpipelineisintroduced,andaphysicalanalysisandexplanationisprovided.Secondly,thenonlinearvibrationphenomenoncausedbytheinternalresonanceofthepipelineisdiscussedindetail,includingharmonicdistortion,primaryresonance,andhighharmonic.Finally,thispaperprovidesprospectsandconclusionsforfutureresearchdirections.
Keywords:fluidtransportpipeline;nonlinearvibration;internalresonance;externalexcitation
论文正文：
1.引言
流体输送管道是现代化生产中必不可少的重要设备，其输出的流量、压力、温度等参数都与生产效益密切相关。然而，管道振动不可避免地会影响到管道的稳定性和流量输出，因此对管道振动进行研究具有重要的实际意义。特别是当输流管道内部流动出现涡脱、湍流等异常现象时，管道振动常常引起很大的关注。
输流管道振动问题广泛应用于许多领域，如机械工程、民用工程、土木工程甚至生物学，此外，其特性还在环境保护、地震和水利等领域被广泛研究。然而，在输流管道内部共振的非线性振动问题研究方面，迄今为止，仍存在许多挑战和困难。
2.输流管道的内外激励
输流管道的运动包括内部流动和管道的振动两个方面，两者都会互相作用，从而导致管道的非线性振动。在外部力作用下，输流管道的振动产生的原因主要有两个，一是管道与支撑结构发生碰撞，二是管道受到风或液体流动的激励。在内部流动激励的作用下，输流管道的振动常常伴随着内部流场造成的内部共振，使得管道振动的非线性程度变得更为显著。
3.输流管道内部共振引起的非线性振动现象
3.1谐波扭曲
输流管道内部共振引起的非线性振动现象之一是谐波扭曲。这一现象主要出现在输流管道内部流动处于不稳定状态时，由于各种因素之间的相互作用，如管道弯曲、连同管道的弹性结构产生的比非线性项、非定常流动等等，都会导致管道流场出现幅值分布不均、非线性单色波、多频扰动等非谐波特征。
3.2主共振
主共振是输流管道内部共振引起的另一种重要的非线性振动现象。主共振的产生通常是由于管道内流场的波的共鸣，当共振频率等于管道自然频率时，管道振动的幅度迅速增加。主共振的倍频效应会导致管道振动不稳定，而且还可能导致管道的撕裂断裂等严重事故的发生。
3.3高次谐波
输流管道的非线性振动现象还包括高次谐波，这种现象通常由于高阶共振的频率翻倍而出现。高阶共振可以改变输流管道的振动能量传递机制，调整谐振频率，同时也会对管道的稳定性和可靠性产生重要的影响。
4.未来展望
输流管道内部共振引起的非线性振动问题是一个涉及流体力学、振动学和控制理论等多个学科的综合性问题。未来的研究工作需要在广泛了解现有理论和实验基础上，加强对输流管道的内部流动机理和流动特性的研究，并且利用新的数值计算方法和高级实验技术去探索管道内的非线性振动机理。此外，研究人员还需要开发新的控制策略，以抑制输流管道振动对生产和环境的影响，同时也需要关注输流管道非线性振动问题的安全性和可持续性等问题。
5.结论
本文阐述了外激励作用下输流管道伴