水平管内柔性旋转梁是化工过程机械、石油钻采机械中的重要结构,其在充满流体的管壁内旋转,承受拉、压、弯、扭等复杂载荷,柔性旋转梁与管道内壁产生多向碰撞接触,同时在中空旋转细长梁内部以及外部环空有流体作用,构成一个复杂的非线性固液耦合系统。水平管内轴向受压柔性旋转梁的振动包括轴向振动、扭转振动以及横向振动三种,而在复杂工作状态下三种振动会两两耦合或全耦合,这种耦合振动会威胁到柔性旋转梁的使用安全,因此开展水平管内柔性旋转梁在复杂条件下三种振动方式的全耦合振动研究,对于柔性旋转梁的结构优化设计、工艺参数的选取与优化都具有重要的意义。考虑到多种条件下耦合振动模型的复杂性,本文在进行定量分析之前基于旋转壳理论建立了简化的水平管内轴向受压柔性旋转梁动力学方程,而后采用伽辽金法离散运动偏微分方程,得到了水平管内轴向受压柔性旋转梁的非线性控制方程,并采用多尺度法得到了运动方程并进行无量纲化处理,分析柔性旋转梁在复杂环境下的动力学响应,得到轴向激励、扭转激励、侧向激励对柔性旋转梁耦合振动的动力学行为的影响规律。在定性分析得到激励源对柔性旋转梁动力学行为影响规律的基础上,依据无量纲化过程以及相似性理论,并考虑柔性梁与管壁的接触、流体的作用、轴向与扭转激励以及柔性梁执行端的复杂载荷对柔性旋转梁动力学行为的影响,并且针对定性分析中的耦合振动区域,基于扩展的汉密尔顿原理建立水平管内轴向受压柔性旋转梁的动力学模型,并运用有限元法将其离散到三维空间单元中,得到系统的运动方程,运用Newmark法进行微分方程的数值积分,采用高斯求积法对积分过程进行优化,并采用逐次超宽松法作为迭代收敛准则求解运动方程的数值解,得到柔性旋转梁中每个单元六个自由度的位移、速度以及加速度向量。利用建立的数值模型,研究了轴向激励和扭转激励对水平管内柔性旋转梁的动力学行为的影响规律,得到水平管内轴向受压柔性旋转梁的动力学行为。而后,根据定性分析与定量分析的结果,基于相似性理论研制出一套水平管内轴向受压柔性旋转梁动力学行为测试系统,其可模拟柔性旋转梁内外流体作用、与管壁的碰摩、扭转与轴向激励以及其末端执行机构载荷,实现对水平管内柔性旋转梁的三向位移、转速以及轴向力的测量。最后根据定性分析、定量分析结果,并依托于研制的水平管内轴向受压柔性旋转梁动力学行为测试系统进行数值仿真结果的验证试验,通过改变扭转激励与轴向激励(柔性旋转梁顶部驱动转速和初始轴向压力)分析了水平管内轴向受压柔性旋转梁在不同激励源变化的情况下动力学行为的变化规律,验证数值分析结果,为柔性旋转梁工作过程中各关键参数的选择提供了科学指导。