[发明专利]一种功能管道流固耦合固有特性的预测方法

说明书

本发明涉及输流管道流固耦合动力学技术领域，提出一种功能管道流固耦合固有特性的预测方法，该方法包括：获取微米功能梯度管道的力学参数、尺寸参数以及安装参数；根据修正的耦应力理论，建立所述微米功能梯度管道结构的应变能公式；根据所述应变能公式，利用哈密顿原理推导所述微米功能梯度管道的运动微分方程以及建立边界条件；利用杂交法根据所述微米功能梯度管道的力学参数、尺寸参数以及安装参数求解所述运动微分方程，进而求解所述微米功能梯度管道的固有频率。本公开提出的功能管道流固耦合固有特性的预测方法可以通过理论研究的方式获取微米功能梯度管道的固有频率。

技术领域

本发明涉及输流管道流固耦合动力学技术领域，尤其涉及一种功能管道流固耦合固有特性的预测方法。

背景技术

微米尺度的管道可用于微流体过滤设备、靶向药物传输设备、流体密度、粘性和浓度检测等领域。微米尺度的功能梯度材料可应用于微电机系统、薄膜、微传感器和微执行器。因此，将两种结构的优势相结合可以形成由功能梯度材料组成的微米功能梯度管道。

目前，获取微米功能梯度管道的固有频率方法主要通过实验研究。实验研究是通过物理实验的方法获取微米功能梯度管道的固有频率。

然而，对实验研究而言，由于微米结构的特征尺寸很小，对这些试验件的位置控制、拾取、放置、夹具制造、加载及其位移变形的测量都十分困难，这就导致了微米结构的实验研究还存在极大的困难。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能管道流固耦合固有特性的预测方法。该功能管道流固耦合固有特性的预测方法可以通过理论研究的方式获取微米功能梯度管道的固有频率。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，提供一种功能管道流固耦合固有特性的预测方法，该方法包括：

获取微米功能梯度管道的力学参数、尺寸参数以及安装参数，所述力学参数包括所述微米功能梯度管道中两种组分的弹性模量、密度、泊松比，所述尺寸参数包括所述微米功能梯度管道的内径、外径以及长度，所述安装参数包括支撑所述微米功能梯度管道的节点数量和相邻节点的距离；

根据修正的耦应力理论，建立所述微米功能梯度管道结构的应变能公式；

根据所述应变能公式，利用哈密顿原理推导所述微米功能梯度管道的运动微分方程以及建立边界条件；

利用杂交法根据所述微米功能梯度管道的力学参数、尺寸参数以及安装参数求解所述运动微分方程，进而求解所述微米功能梯度管道的固有频率。

本发明的一种示例性实施例中，建立所述微米功能梯度管道结构的应变能公式包括：

建立公式

其中，U_m为应变能，E为弹性模量，I为惯性矩，μ为剪切模量，A为微米功能梯度管道的横截面，l为材料尺度参数，w为目标点在z方向上的位移，L为微米功能梯度管道的长，x为目标点在x方向上的坐标，z为目标点在z方向上的坐标，R_o和R_i分别表示微米功能梯度管道的外径和内径，r为目标点的半径，θ为转动向量。

本发明的一种示例性实施例中，根据所述应变能公式，利用哈密顿原理推导所述微米功能梯度管道的运动微分方程，包括：