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摘要
针对输流管道在恶劣的动力学环境所受到多方向载荷所引起的管道结构失效或破坏等问题，提出一种新型三维功能梯度材料构造输流管道来提升管道的载荷忍耐力。基于欧拉伯努利梁理论，考虑流体和管道的耦合关系，利用哈密顿变分原理建立复杂约束下三维功能梯度输流管道的运动微分方程。利用微分求积法求解，分析流体流速提升所引起的三维功能梯度输流管道振动的固有频率变化，当第一阶固有频率首次降低为0系统失稳，所对应的流体流速被确定为系统的临界流速。研究复杂约束线性和扭转弹簧刚度、轴向、径向和环向功能梯度指数等物理参数对输流管道振动频率和临界流速的影响。研究结果表明：当流速较小时，增加轴向功能梯度指数和降低径向和环向功能梯度指数会降低系统的基频和提高系统的临界流速；而当流速较大时，系统的基频随着三维功能梯度指数的变化会展现相反的趋势。增大三维功能梯度指数能降低系统的第二阶固有频率。这说明通过调节复杂约束和三维功能梯度参数能够实现对输流管道稳定性的调控。
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