摘要：硬岩掘进机(TBM)是专用于硬岩地质的、使隧道断面一次开挖成型的大型工程机械,其工作过程中强振动问题非常突出。强振动会加剧其上的液压管道的振动,极易引起管道的失稳,产生大幅振动以及由非线性等因素所诱发的混沌运动,严重影响管道系统的稳定性和工作可靠性。为了提高管道在振动环境下的稳定性,须对振动环境下管道的振动特性及稳定性进行深入研究。本文围绕TBM液压直管道系统,在理论模型和实验等方面展开研究,主要工作为以下几个方面：1、基于达朗伯原理和牛顿定理,建立了基础振动作用下的管道非线性偏微分方程,对其进行无量纲化及离散化,得到其一阶常微分方程,利用等价线性化法将一阶常微分方程进行线性化处理,推导出等效固有频率模型。2、研究了基础振动下液压直管道的分岔特性及与等效固有频率的相关性,结果表明,系统在基础振动下具有非常复杂的动力学行为,包括多种形式的周期运动、概周期运动、混沌运动；经计算分岔与等效固有频率相关性系数大于0.85。3、基于等效固有频率模型研究了流体参数(流速、压力)及结构参数(管长、刚度、内径、壁厚)对管道失稳的影响规律,并通过正交试验对参数的影响顺序进行了研究,结果表明,随着流体参数、管长及内径的增大,等效固有频率降低,越容易失稳而发生分岔,随刚度及壁厚的增加,等效固有频率增大,管道越稳定；内径及壁厚是影响等效固有频率的最主要因素；在上述分析的基础上对传统管道选型方法进行优化,提出了适应于基础振动环境的新的选型准则,并推导出了管道的安装管长计算公式。4、搭建基础振动下液压直管道振动实验平台,对基础振动下管道的动力学响应进行了实验研究,验证了管道流固耦合数学模型及分析方法的正确性,并对实验和理论之间的误差产生的原因进行了分析。图40幅,表4个,参考文献69篇。