Giải Pháp Đóng Có Dạng Chính Xác cho Phân Tích Ổn Định Phi Tuyến của Các Ống Chức Năng Có Thành Phân Rỗng Vận Chuyển Chất Lỏng Dưới Các Điều Kiện Biên Khác Nhau

Springer Science and Business Media LLC - Tập 10 - Trang 2877-2891 - 2022
Rasoul Khodabakhsh1, Ali Reza Saidi1, Reza Bahaadini1
1Department of Mechanical Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, phân tích độ ổn định phi tuyến của các ống chức năng có thành phần rỗng vận chuyển chất lỏng với các điều kiện biên gắn–gắn, gắn–bản lề và bản lề–bản lề đã được khám phá dựa trên lý thuyết dầm Timoshenko. Ống chức năng có thành phần rỗng vận chuyển chất lỏng được giả định là có cả phân phối độ rỗng đồng đều và không đồng đều. Người ta cho rằng các thuộc tính vật liệu của ống thay đổi liên tục qua phương hướng xuyên tâm. Bằng cách áp dụng biến dạng phi tuyến Von-Karman và nguyên lý Hamilton, các phương trình chuyển động phi tuyến liên quan đã được suy diễn. Tầm quan trọng của việc xem xét quán tính xoay và biến dạng cắt cùng với các ảnh hưởng của các thông số khác nhau như, phân tỷ lệ thể tích độ rỗng, phân bố độ rỗng, kéo căng ban đầu, chỉ số lũy thừa và tỷ lệ bán kính-chiều dài của ống, về các biểu đồ phân nhánh, tốc độ chất lỏng tới hạn và cấu hình uốn cong của các ống đã được nghiên cứu và thảo luận chi tiết một cách số học. Công trình này lấp đầy lỗ hổng nghiên cứu trong lĩnh vực ổn định của các ống vận chuyển chất lỏng bằng cách trình bày các giải pháp phân tích chính xác cho cấu hình uốn cong và tốc độ chất lỏng tới hạn của các ống chức năng có thành phần rỗng vận chuyển chất lỏng chưa được nghiên cứu trong các cuộc điều tra trước đó bằng cách xem xét độ rỗng và các điều kiện biên khác nhau.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Paidoussis MP (1998) Fluid-structure interactions: slender structures and axial flow, vol 1. Academic press Li S, Karney BW, Liu G (2015) FSI research in pipeline systems—a review of the literature. J Fluids Struct 57:277–297 Wang L, Dai H (2012) Vibration and enhanced stability properties of fluid-conveying pipes with two symmetric elbows fitted at downstream end. Arch Appl Mech 82:155–161 Li Y-D, Yang Y-R (2014) Forced vibration of pipe conveying fluid by the Green function method. Arch Appl Mech 84:1811–1823 Abbasnejad B, Shabani R, Rezazadeh G (2017) Stabilization of electrostatically actuated micro-pipe conveying fluid using parametric excitation. Int J Eng 30:1911–1918 Kuiper G, Metrikine A (2005) Dynamic stability of a submerged, free-hanging riser conveying fluid. J Sound Vib 280:1051–1065 Wang L, Ni Q (2006) A note on the stability and chaotic motions of a restrained pipe conveying fluid. J Sound Vib 296:1079–1083 Shahali P, Haddadpour H, Kordkheili SAH (2020) Nonlinear dynamics of viscoelastic pipes conveying fluid placed within a uniform external cross flow. Appl Ocean Res 94:101970 Mirramezani M, Mirdamadi HR (2012) The effects of Knudsen-dependent flow velocity on vibrations of a nano-pipe conveying fluid. Arch Appl Mech 82:879–890 Chellapilla KR, Simha H (2007) Critical velocity of fluid-conveying pipes resting on two-parameter foundation. J Sound Vib 302:387–397 Li L, Hu Y (2016) Critical flow velocity of fluid-conveying magneto-electro-elastic pipe resting on an elastic foundation. Int J Mech Sci 119:273–282 Qian Q, Wang L, Ni Q (2009) Instability of simply supported pipes conveying fluid under thermal loads. Mech Res Commun 36:413–417 Guo Y, Zhu B, Zhao X, Chen B, Li Y (2020) Dynamic characteristics and stability of pipe-in-pipe system conveying two-phase flow in thermal environment. Appl Ocean Res 103:102333 Amiri A, Masoumi A, Talebitooti R (2020) Flutter and bifurcation instability analysis of fluid-conveying micro-pipes sandwiched by magnetostrictive smart layers under thermal and magnetic field. Int J Mech Mater Design. https://doi.org/10.1007/s10999-020-09487-w Wang L (2012) Flutter instability of supported pipes conveying fluid subjected to distributed follower forces. Acta Mech Solida Sin 25:46–52 Liang F, Su Y (2013) Stability analysis of a single-walled carbon nanotube conveying pulsating and viscous fluid with nonlocal effect. Appl Math Model 37:6821–6828 Yu D, Paidoussis MP, Shen H, Wang L (2014) Dynamic stability of periodic pipes conveying fluid. J Appl Mech. https://doi.org/10.1115/1.4024409 Wang L, Hong Y, Dai H, Ni Q (2016) Natural frequency and stability tuning of cantilevered CNTs conveying fluid in magnetic field. Acta Mech Solida Sin 29:567–576 Bahaadini R, Hosseini M (2016) Nonlocal divergence and flutter instability analysis of embedded fluid-conveying carbon nanotube under magnetic field. Microfluid Nanofluid 20:108 Bahaadini R, Hosseini M, Amiri M (2020) Dynamic stability of viscoelastic nanotubes conveying pulsating magnetic nanoflow under magnetic field. Eng Comput. https://doi.org/10.1007/s00366-020-00980-6 Ghane M, Saidi AR, Bahaadini R (2019) Vibration of fluid-conveying nanotubes subjected to magnetic field based on the thin-walled timoshenko beam theory. Appl Math Modell. https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.11.034 Ni Q, Luo Y, Li M, Yan H (2017) Natural frequency and stability analysis of a pipe conveying fluid with axially moving supports immersed in fluid. J Sound Vib 403:173–189 Rahmati M, Mirdamadi HR, Goli S (2018) Divergence instability of pipes conveying fluid with uncertain flow velocity. Physica A 491:650–665 Bahaadini R, Saidi AR (2018) Stability analysis of thin-walled spinning reinforced pipes conveying fluid in thermal environment. Eur J Mech-A/Solids 72:298–309 Liang F, Yang X-D, Qian Y-J, Zhang W (2018) Transverse free vibration and stability analysis of spinning pipes conveying fluid. Int J Mech Sci 137:195–204 Xie W, Gao X, Xu W (2020) Stability and nonlinear vibrations of a flexible pipe parametrically excited by an internal varying flow density. Acta Mech Sin 36:206–219 ElNajjar J, Daneshmand F (2020) Stability of horizontal and vertical pipes conveying fluid under the effects of additional point masses and springs. Ocean Eng 206:106943 Miyamoto Y, Kaysser W, Rabin B, Kawasaki A, Ford RG (2013) Functionally graded materials: design, processing and applications, vol 5. Springer Science & Business Media, Berlin Hu Y-J, Zhou H, Zhu W, Zhu J (2020) A thermally-coupled elastic large-deformation model of a multilayered functionally graded material curved beam. Compos Struct 244:112241 Moita JS, Araújo AL, Correia VF, Soares CMM, Herskovits J (2020) Buckling behavior of composite and functionally graded material plates. Eur J Mech-A/Solids 80:103921 Bahaadini R, Saidi AR, Arabjamaloei Z, Ghanbari-Nejad-Parizi A (2019) Vibration analysis of functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite shells. Int J Appl Mech 11:1950068 Majidi-Mozafari K, Bahaadini R, Saidi AR (2021) Aeroelastic flutter analysis of functionally graded spinning cylindrical shells reinforced with graphene nanoplatelets in supersonic flow. Mater Res Express. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac2ce4 Tang Y, Yang T (2018) Post-buckling behavior and nonlinear vibration analysis of a fluid-conveying pipe composed of functionally graded material. Compos Struct 185:393–400 Khodabakhsh R, Saidi AR, Bahaadini R (2020) An analytical solution for nonlinear vibration and post-buckling of functionally graded pipes conveying fluid considering the rotary inertia and shear deformation effects. Appl Ocean Res 101:102277 Deng J, Liu Y, Zhang Z, Liu W (2017) Size-dependent vibration and stability of multi-span viscoelastic functionally graded material nanopipes conveying fluid using a hybrid method. Compos Struct 179:590–600 Deng J, Liu Y, Zhang Z, Liu W (2017) Stability analysis of multi-span viscoelastic functionally graded material pipes conveying fluid using a hybrid method. Eur J Mech-A/Solids 65:257–270 Nematollahi MS, Mohammadi H, Taghvaei S (2019) Fluttering and divergence instability of functionally graded viscoelastic nanotubes conveying fluid based on nonlocal strain gradient theory. Chaos 29:033108 Tong G-J, Liu Y-S, Cheng Q, Dai J-Y, Zhao Y-Z, Wang Y-C (2019) Stability analysis of multi-span aluminum-based functionally graded material fluid-conveying pipe reinforced by carbon nanotubes. Int J Press Vessels Pip 176:103971 Heshmati M (2020) Influence of an eccentricity imperfection on the stability and vibration behavior of fluid-conveying functionally graded pipes. Ocean Eng 203:107192 Wang YQ, Wan YH, Zhang YF (2017) Vibrations of longitudinally traveling functionally graded material plates with porosities. Eur J Mech-A/Solids 66:55–68 Zhu B, Xu Q, Li M, Li Y (2020) Nonlinear free and forced vibrations of porous functionally graded pipes conveying fluid and resting on nonlinear elastic foundation. Compos Struct 252:112672 Zhu B, Chen X-C, Guo Y, Li Y-H (2021) Static and dynamic characteristics of the post-buckling of fluid-conveying porous functionally graded pipes with geometric imperfections. Int J Mech Sci 189:105947 Wattanasakulpong N, Ungbhakorn V (2014) Linear and nonlinear vibration analysis of elastically restrained ends FGM beams with porosities. Aerosp Sci Technol 32:111–120 She G-L, Yuan F-G, Ren Y-R, Xiao W-S (2017) On buckling and postbuckling behavior of nanotubes. Int J Eng Sci 121:130–142 Cowper G (1966) The shear coefficient in Timoshenko’s beam theory. J Appl Mech. https://doi.org/10.1115/1.3625046 Nayfeh AH, Emam SA (2008) Exact solution and stability of postbuckling configurations of beams. Nonlinear Dyn 54:395–408