埋地管道在地震波作用下的抗震研究

埋地管道在土体中,四周被土体包围.地震时,由于管道与沙土等介质的相互作用而引起管道运动,在管道中产生地震应力.本文针对地震波作用下埋地管道的运动特点,建立土壤和埋地管道的相互作用模型.应用ANSYS有限元软件对埋地管道进行模拟试验,得出在地震作用下,埋地管道的位移随地震波的响应情况.同时,提出了埋地管道的简化力学法,为今后的研究提供帮助.     

冲击气流作用下放空管道流固耦合动力学分析

为了解决某装气站放空管线排气放空时引起的管路振动问题,建立流固耦合三维动力有限元模型,采用瞬态时间历程分析方法对放空管道进行冲击气流下管道动力响应仿真分析。其中管道内流体分别选择氮气和液化气,建立现有管道流固耦合三维动力有限元模型;进行2种流体介质下管道结构动力响应对比。通过研究管道在冲击气流作用下的振动机理和振动特性,从管道结构入手提出了该放空管道振动控制的措施,给出了减振方案。建立减振方案中管道的流固耦合动力有限元模型,进行仿真分析并与原方案计算结果进行了对比,发现管道系统的振动得到大幅度的降低,验证了所提出的减振方案可以对管道振动进行合理有效的控制,确保了管道振动幅度在安全裕度内。     

一维流固耦合振动问题的解析解

有流体流动的管道的振动,是典型的一维流固耦合振动,由于解析求解一维流固耦合振动方程存在困难,这里对这一问题提出简化模型,即将有流体流动的管道简化为移动载荷作用下的简支梁,通过求解原方程的固有特性和简化模型的响应曲线,来分析原问题的振动特性。     

埋地电缆对金属管道电磁干扰的耦合计算

由于路面上可用的输电走廊资源日趋减少,电能输送渠道逐渐向埋地电缆倾斜。埋地电缆与输油输气管道往往共用走廊,交流电磁场会在管道上产生纵向感应电压。该电压可能损坏金属管道,甚至威胁作业人员的生命安全。为了研究埋地电缆对金属管道电磁干扰的特点,本文建立了埋地电缆与管道耦合模型,讨论了不同因素对感应电压和纵向电流影响规律。仿真结果表明:埋地电缆对金属管道的电磁干扰随着并行间距的增加逐渐减小,最终趋于稳定;随着并行长度的增加,埋地电缆对金属管道的电磁干扰呈现缓慢增大,最终趋于稳定。     

充液管道中弯头流固耦合振动分析数学建模研究

基于特征线14方程模型,对充液管路系统中弯头处的流固耦合进行了建模研究,得出了弯头处的平衡方程,通过C++软件开发管道流固耦合时域响应计算程序,结合文献算例验证了建模的正确性,研究了弯头对管道流固耦合振动特性的影响。结果表明,和直管相比,弯接头的存在能够降低流固耦合作用中流体压力和管道所受轴向应力脉动的峰值;弯头角度为90°时,弯头处流体压力脉动以及管道轴向应力脉动的峰值最小。     

埋地管道轴向振动分析

将埋地管道的轴向振动偏微分方程转化为动力学方程的基本形式,将地震激励按照随机波输入到运动方程中.利用弹性时程分析法,对管道单元进行动力时程分析并编制程序,得到管道中点的轴向位移响应和加速度响应.考虑了土参数、管道参数、地震动参数等因素对管道响应的影响,得到土的特性对管道的位移响应和加速度响应有一定的影响,随着土质由软变硬,管道的位移响应越小.     

考虑风轮和塔架动力耦合的大型风力机流固耦合动态响应分析

通过风剪切和脉动风谱程序建立了模拟工况的风场,以某大型风力机实体模型作为研究对象,运用有限元软件ANSYS数值模拟了流固耦合作用下风力机结构动态响应。结果表明:与脉动风相比,风剪切对叶片的最大位移和应力影响更显著;叶轮与塔架耦合作用会显著增大叶片最大位移和应力响应值;考虑耦合作用后叶片最大应力由相对翼展0.5处移动到0.7处。该研究结果可为风力机的优化设计提供技术参考。     

跨断层埋地管道抗震分析

跨断层埋地管道在断层错动下的破坏机制与模型设计一直是生命线工程的前沿问题,现有的管道抗震分析具有优点亦有其不足。提出弹簧-管道-土体模型,断层每侧沿管道方向近断层土体采用实体建模,此范围内的土体与管道之间的相互作用采用接触进行模拟,远离断层的管道与土体相互作用采用等效非线性弹簧进行模拟。采用有限元分析软件对模型进行实现,有限元模型考虑了管道与土体的材料非线性、几何非线性,管道采用四节点壳单元。算例的有限元分析结果与规范结果相差较大,建议加强试验研究,得到试验证明后,完善规范。     

基于多相耦合的含缺陷埋地管道外爆破坏影响因素研究

含缺陷埋地管道受到外爆载荷作用时缺陷处可能会发生贯穿,并进一步引起管道大面积破坏。考虑含缺陷管道与管内流体的流固耦合作用、土体与管道间的接触作用,建立了土体-含缺陷管道-流体的外爆多相耦合模型。基于损伤积累的破坏准则,计算管道缺陷处在外爆载荷作用下的损伤积累比率,分析了管道破坏的损伤积累过程。通过对比不同缺陷深度、形状,探讨缺陷结构对管道破坏的影响;并通过改变炸药量、爆心距,探讨外爆载荷对管道破坏的影响。结果表明:缺陷损伤在壁厚方向外侧大于内侧,二者之间的差值随时间推移而减小,最终二者损伤达到极限使管道破坏。损伤值随缺陷深度的增加而增大,圆形缺陷要比菱形和椭圆形对爆炸波抵抗能力强80%;管道损伤速度随炸药量增加而增大,1 m爆心距比3 m的损伤值高出2140%,管道破坏对爆心距的敏感度高于炸药量。研究成果可为工程爆破施工和预防含缺陷管道的外爆破坏提供参考。     

基于土弹簧模型的埋地输油管道地震响应数值模拟

输油管道是军队后方油库的重要设施设备,为深入研究埋地输油管道在地震作用下的响应规律,利用 Abaqus 有限元软件建立了土弹簧分析模型,采用正交试验的思路,选取军队后方油库几种常见规格的管道进行地震载荷作用下的数值模拟计算,研究了管径、壁厚、内压等因素对管道von Mises 应力峰值的影响。结果表明,不同规格的管道在地震作用下的 von Mises 应力变化规律基本一致,固定端处管道的 von Mises 应力最大;管径增大,管道的 von Mises 应力峰值变化很小;增加壁厚,管道的 von Mises 应力峰值显著降低;内压增大,管道的 von Mises 应力峰值将会变大。研究结果对管道的抗震设计具有一定指导意义。     

基于流固耦合气体轴承-转子系统的动态特性分析

机床切削过程中所受的切削力可假设为稳态力和动态扰动力的合力,为探究以气体轴承作为支承的电主轴系统的动态特性,以正弦波作为动态扰动加载形式,提出采用简谐激励法与双向流固耦合数值模拟相结合的方法对气体轴承-转子系统的简化模型进行动态特性研究;对动刚度和阻尼系数进行辨识,并通过模态分析获得转子不同稳态力下系统振型及固有频率变化规律。研究结果表明：随稳态力的增加,下径向轴承的Kyy增长速率大于Kxx,而交叉刚度和交叉阻尼均几乎不变;下径向轴承的主刚度大于交叉刚度,主阻尼大于交叉阻尼;当稳态力为50~200 N时,转子下端y向偏移均随动态扰动力频率的增加呈现先增大后减小的趋势;系统的共振频率随稳态力的增大而增大。     

直动型溢流阀的流固耦合建模与动态特性研究

直动型溢流阀被广泛用于水下动力设备的供能调节,但下潜水深的变化时常使得其动态稳定性无法保证,以至于在到达一定水深之后,溢流阀阀口会出现异常的压力波动现象,影响其正常的工作状态.为此,开展流固耦合分析,建立了直动型溢流阀的两自由度动力学模型.通过无因次化后模型的求解,实现了对试验测试信号中振动深度的准确复现,并进一步分析...     

地震激励下储液罐提离动态响应试验研究

摘要：对钢制的大型带外浮顶的圆柱形储液罐模型进行振动台模拟试验,通过在不同工况下,对试验结构系统输入水平和竖直两种方向地震激励来测试和分析其地震响应情况,得到两种激励方向下,储液高度、有无浮顶情况、地震波幅值和频率等各种因素对模型结构系统动态响应行为的影响以及它们的联合作用,并得到各种工况下本试验模型结构系统的绝对位移和提离响应行为规律。此外,还系统地阐述了试验中所选用的实验台设备、试验方法、罐体模型设计、传感器、数据采集、测点布置方法和地震激励的输入方法等试验中的重要因素。本试验的研究将为理论分析、结构设计和计算机数值模拟等研究项目提供可靠的依据。     

大跨双层斜拉桥的行波效应

以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——上海闵浦大桥为例,研究行波效应对大跨双层斜拉桥地震响应的影响。建立考虑双层桥面间不同腹杆的梁壳空间有限元模型,通过静力几何非线性分析获取全桥的初始平衡态,在此基础上进行特征值分析与几何非线性动力分析,分别获取全桥的动力特性与地震响应。分析了3组不同地震波在不同视波速下的大跨双层斜拉桥的地震响应,给出了视波速对主塔、辅助墩地震响应以及塔梁、墩梁纵桥向相对位移的影响规律。研究表明,行波效应对大跨双层斜拉桥地震响应的影响对地震波特性以及视波速具有一定的依赖性,因此选定合适的地震波与确定合理的视波速范围尤为重要。     

全封闭往复式压缩机流固耦合仿真及实验

为了解决某种型号的全封闭往复式压缩机舌簧阀颤振和工作性能较低的问题,采用了数值仿真和实验两种方法对该种型号的往复式压缩机进行了研究.通过建立该种型号往复式压缩机的吸、排气系统的数值仿真计算模型,利用流固耦合仿真软件对往复式压缩机的工作性能进行了仿真计算分析.研究结果表明该种型号的往复式压缩机吸气功率损失为0.988 6...     

爆破荷载作用大直径埋地管道振动响应解析

控制管道振动响应是城区临近埋地管道爆破施工过程中的关键.针对城区土?岩地层二元结构特点,结合爆炸应力波传播理论,推导了可表征爆炸应力波穿过土?岩界面后施加至埋地管道的爆破振动荷载衰减公式.采用Kelvin黏弹性地基模型模拟管?土相互作用,同时结合Timoshenko梁理论,考虑大直径管道的转动惯量及剪切变形对管道振动特...     

埋地管道防腐层缺陷检测技术与仪器研究

本文研究了埋地管道防腐层缺陷的电化学阻抗谱特征，提出了一种同时检测管道防腐层破损和剥离的方法，并研制了基于DSP的便携式检测仪器，在实验管道上取得了比较满意的实验结果。