同轴圆柱壳流固耦合附加质量研究

论文根据堆本体内窄间隙同轴设备支承筒的结构特征、边界条件和窄间隙环腔内流体流速,将结构简化为一端固定一端自由的同轴圆柱壳,将圆柱壳内外的流体简化为无旋、无黏、不可压缩流体.同轴圆柱壳通过流体压力场实现耦合,其径向位移模态决定了窄间隙流体域的压力场,故采用级数形式的圆柱壳径向正交位移模态构建既满足一端固定一端自由边界条件,又满足波动方程的压力场基函数,并由此基函数推导一端固定一端自由同轴圆柱壳由间隙流体耦合时自由振动且出现梁、壳复合振型的附加质量理论公式,基函数项数大于50时附加质量计算精度满足要求.为方便工程应用,参考俄罗斯标准以设计曲线形式给出论文推导的同轴圆柱壳流体附加质量结果.为验证以上理论公式,论文首先建立了不同高径比、不同间隙量和不同壁厚的同轴圆柱体流固耦合有限元模型,通过对比理论公式计算结果和包含窄间隙流体域的同轴圆柱壳有限元模型的模态结果可知,当圆柱壳高径比≤2.0时,主振型的频率误差在5%以内;同时笔者设计了双层同轴圆柱筒的流固耦合试验,通过对比模态试验的频率和振型结果进一步验证了论文推导理论公式的正确性.