两端支承输流管道的稳定性和临界流速分析

推导两端支承梁弯曲振动的频率方程和振型函数的解析表达式。利用频率方程讨论两端扭转弹簧刚度变化对梁的前两阶弯曲振动特征值的影响。以两端支承梁的振型函数为假设振型导出两端支承输流管道在定常流作用下临界速度的解析表达式,为今后分析这类系统的动态响应提供理论依据。利用临界流速公式系统地分析和讨论扭转刚度、重力系数和轴向预紧力对管道临界流速的影响特性。研究结果表明,量纲一扭转弹簧刚度在0到50区间内变化时对临界流速的影响较大,但大于50时影响明显减弱。当重力系数和轴向预紧力增大时,临界流速也随着增大。一般而言,两端扭转弹簧刚度越大也会增大相应的临界流速值。     

刚柔混合输流管的流致振动稳定性研究

弹性管和刚性管串联而成的混合输流管是典型的刚柔耦合系统。基于Hamilton原理,建立了刚柔混合输流管的动力学模型,利用悬臂梁的模态函数对方程进行Galerkin离散,分析了混合管的流致振动稳定性问题,讨论了两管连接处转动弹簧的刚度、刚性管与弹性管的质量比和长度比对系统临界流速的影响。结果表明,刚性管长度比的增加能显著降低混合管的临界流速,并且主要发生2阶模态失稳。当刚度和质量比取某些值时,随着内流流速的增加,混合管可能出现“失稳(2阶模态)-稳定-再失稳(3阶模态)”的变化过程。此外,随着弹性管质量比的增加,还观察到了混合管由2阶模态过渡到4阶模态的失稳模式。     

Winkler地基上输流管道的临界流速分析

应用Galerkin法和复模态法研究Winkler弹性地基上两端铰支输流管道的临界流速问题。将系统偏微分控制方程进行Galerkin离散后,根据系统静态失稳条件求得临界流速,并利用复模态法对偏微分控制方程直接求解加以验证。结果表明:较低阶Galerkin法只适用于弱刚性地基情况,而当地基刚性比较强时,采用较高阶Galerkin法才能得到精确的结果。研究同时发现,临界流速只与地基刚度及管道轴向预紧力有关,而管道黏弹性系数及质量比等参数不会影响临界流速。     

一端固定具有中间支承输流管道临界流速及稳定性分析

将微分求积法应用到5个边界条件下一端固定具有中间简支支承输流管道的横向振动问题研究中.基于输流管道的运动微分方程及边界条件,采用微分求积法进行离散化,获得由输流管道动力方程组及边界条件合成的矩阵表达形式.求解管道在不同中间支承位置处失稳时的临界流速.分析管道的失稳形式并发现在管道上存在一个特殊的位置ξl,逐渐增大流体流速到失稳临界值,当中间支承位置ξb<ξl时,管道先发生颤振失稳,而当中间支承位置ξb>ξl时,管道先发生发散失稳.研究发现输流管道的这个特殊位置随着管道材料与流体质量比的变化而不同,质量比越大,特殊位置ξl越靠近固定端.最后,讨论输流管道的质量比及轴向预紧力对发散、颤振失稳临界流速的影响.     

输流管道在支承激励下的动态特性分析

根据Hamilton原理推导出了两端简支输流管道在支承简谐激励下的控制方程,提出了一种求解该方程的方法-伽辽金-模态法.讨论了阻尼、流速、压力和简支长度对管道前两阶固有频率的影响,并分析了流速和压力对管道最大相对位移的影响情况.通过笔者给出的求解管道失稳临界值的方法,求出了管系的临界流速、临界压力和临界简支长度.结果表...     

超(超)临界疏水阀开阀水锤及管道振动

针对超(超)临界疏水阀开阀水锤及阀后管道振动问题,运用充液管道振动分析的流固耦合理论及特征线法,建立开阀水锤及管道振动的数学模型,求解得到疏水阀在不同流量特性及不同套筒层数下阀开启时水锤压力、流体流速、管道轴向内力和管道振速的时域曲线。研究结果表明:水锤压力取决于流体的流速与压力相互作用,管道内力受水锤压力影响较大,局部受管道振速影响;额定流量恒定时,线性流量特性下水锤峰值压力明显小于快开特性,流速大于等百分比特性,超(超)临界疏水阀宜选用线性流量特性;随着套筒层数增加,水锤压力峰值和管道轴向内力峰值减小,但开阀初始阶段流速波动和管道振动增加。     

流体输送管道动力响应分析

流体输送管道是工程中广泛使用的系统元件,其动力特性直接关系到系统的安全可靠性,因此输流管道动特性研究正引起工程界愈来愈多的重视。本文分析研究了两端支承的长直输流管道的弯曲振动特性,运用模态截断法给出其数学模型的近似特征解。并在亚临界流速域对实际管道在不同支承情况的弯曲振动进行测试和模态分析,其结果与理论分析相符合。本文提出的管道振动研究方法适合于工程管道的振动和噪声分析和管系的优化设计。     

具有弹性支承输流管路的振动分析

为研究截面内流速不均以及弹性支承对输流管路振动问题的影响,利用伽辽金法对考虑了流动模型修正因子的具有弹性支承的两端固定式输流管路的振动微分方程进行了推导,得到了一般形式下输流管路强迫振动稳态响应的表达式。结果发现:流动形式为层流时管路的固有频率和临界流速均小于理想流动模型(平推流模型)的值;前者的发散临界流速比后者小约13.4%,与理论结果一致;固有频率随弹簧安置位置的增加而呈现振荡的变化,但始终大于无弹性支承时的值。该方法可作为设计支承形式的基础,可以推广用来研究其他类型管路的振动问题,并为设计人员提供精确的计算结果。     

变截面多轴段双刚度转子运动失稳研究及验证

针对单截面双刚度转子失稳分析原理与局限,对变截面多轴段双刚度转子提出一种可行的双向刚度差异系数的计算方法,同时考虑因滚动轴承在高转速、低负载、大黏度情况下接触刚度与油膜刚度相当而导致随转子转速增大,其综合径向支承刚度下降对失稳区的影响,采用集中质量法将变截面多轴段双刚度转子简化为多圆盘转子系统进行运动失稳分析,求出其临界转速及对应的失稳区,并与某型航空发动机燃烧室甩油盘试验器高速电机振动测试结果进行对比,情况基本吻合。     

主动液压激波作用下管道振动控制的运动分析与试验研究

为研究在主动液压激波作用下管道振动的动力学特性,建立流体的数学模型,设计出变频液压管网激振测试系统,用特征线法编程对激波作用下的有压脉动内流进行数值模拟。采用有限元法把管道简化为梁模型,建立考虑流固耦合的充液管道在激波作用下的振动方程,在保证特征线各断面与有限元节点重合的前提下,采用Newmark法编程将特征线法求得的流体各断面横向压力载荷施加到管道有限元的单元节点上,求得各断面处的动力响应。仿真结果表明,管道在轴向弹性支撑条件下,在激波作用下管道各断面压力和流速为简谐波,但两者呈反相关系。其横向各断面运动为简谐振动,振幅随系统压力的升高而升高,发现管道横向各断面振动波明显滞后于各断面对应的压力波,而轴向振动则由于弹簧与液体轴向力的耦合作用而出现较高的振动频率。数值模拟结果与试验结果基本比较吻合,揭示出流体动力学参数与管道振动之间的耦合关系,为激波作用下管道的二维振动特性及可控性研究提供了一些理论依据。     

水平管段塞流液量改变瞬变过程统计特性研究

为了探索混输管线液量改变瞬变过程压力、压差的变化规律，在长378m、内径80mm的水平不锈钢试验环道上利用空气和水进行了段塞流液量改变瞬变试验研究。试验采用压力变送器测量压力信号，将相邻两压力信号相减(上游减下游)得到压差信号。根据试验结果，分析了液量改变瞬变过程中压力、压差的变化规律，对瞬变过程中的各种现象进行了详细分析和合理解释，从概率密度分布和功率谱密度两方面对压力、压差信号进行了统计分析。     

A magnetic flowmeter with conducting pipe wall for expanded field of applications

The internal pipe wall of magnetic flowmeters should be non-conductive to prevent generated electromotive force from short-circuiting. Usually the inside of metallic pipe is lined with insulating material. The lining limits applicable temperature range of measured fluid and also its reliability. A new structure is proposed, in which the insulating liner is eliminated. A potential distribution is formed on the pipe wall by applying voltage proportional to fluid flowrate. The potential distribution is kept almost identical to the flow-induced potential in the fluid so that no current flows across the boundary between fluid and wall. Therefore the output signal is exactly the same as that of conventional magnetic flowmeters.     

简谐激励下输流管动态响应特性的实验研究

对两端受扭转弹簧约束的简支输流管在其支承简谐运动激励下的振动特性问题进行了实验研究,重点考察了不同流速下激振频率f变化对输流管道振动响应形态的影响规律。实验表明,在某些频率段上管道会发生多周期的复杂运动,并通过倍周期分岔而进入混沌运动。     

一种梭式流量计

本文提出了一种梭式流量计，用于测量井下或其它地下管道中的工质流量。流量计的外形象一把梭子，与被测管道内壁之间所形成的狭小通道构成了一种节流装置。通过在管内穿梭移动完成不同位置上的流量检测和记录，最后移出管外回放结果。在室内用单相水对这种流量计进行了实验研究。实验管道内径Ｄ＝３０ｍｍ，流量计外径ｄ＝２２．５ｍｍ，雷诺数Ｒｅ＝８×１０３～１×１０５。实验表明，这种梭式流量计的差压信号灵敏稳定，流量系数值介于标准孔板和文丘利管之间。     

Plates in uniaxial compression with various support conditions at the unloaded boundaries

A theoretical investigation is presented for the behaviour after buckling of plates loaded in compression with the unloaded edges subject to various support boundary conditions. The loaded ends are uniformly compressed and simply supported and the unloaded edges are considered to be either elastically restrained against rotation to an equal or unequal degree on both edges, or to be rotationally restrained on one edge and free on the other.     

输流管道参数共振的试验研究

利用试验的方法研究两端固定输流管道在脉动内流作用时的参数共振特性,建立了一套输流管道试验系统,可以在定常流、脉动流和支承运动等情况下对悬臂、两端固定和两端铰支等多种边界条件的管道进行振动试验,同时给出了一些重要参数的有效测量方法。在对两端固定管道的试验中,重点观察和分析了第1振型1/2次谐波参数共振,并用试验的方法确定了相应的参数共振区域。将其与理论共振区域进行对比,二者在定性上得到了较好的吻合。     

可调速皮碗结构强度与通流特性数值仿真研究

皮碗作为管道机器人常用动力装置,利用管道流体作用于其两端压力形成的压差作为整体装置动力来源,因其适用管道口径范围广、结构简单被广泛的关注与应用.皮碗在管中移动过程中随着管道压差变化发生相应变形,如果变形过大,可能导致皮碗脱离管壁造成驱动失效;如果管内压差及管壁间的摩擦力超出了皮碗的变形范围,则可能使皮碗发生破损.因此,...     

Vortex-induced vibration control by micro actuator

The control of vortex-induced vibration of two side-by-side circular cylinders in a cross flow is carried out experimentally. One cylinder is elastically supported and the other is fix-supported at both ends. The two cylinders vibrate under the action of the unsteady flow-induced forces. A micro actuator is embedded on the surface of each cylinder to perturb the boundary layer. The spacing ratio is set at 1.2. The measurement shows that the structural vibration can be suppressed significantly when the reduced excitation frequency is around 2.655.     

广义边界下含双相流水平井钻柱频率特性分析

钻柱在内流作用和旋转因素的影响下容易产生耦合振动,发生疲劳失效。本文基于微分求积法（DQM）对含双相流水平井钻柱耦合动力学特性进行了研究。利用扩展的Hamilton变分原理建立了计入内流、轴向压力及旋转等因素影响的水平井钻柱动力学方程。在振动问题中考虑了广义边界条件,通过改变边界等效弹簧刚度将模型简化为简支、悬臂等简单边界条件模型进行研究。通过分析旋转角速度、轴向压力、液相流速、气体体积分数等因素对模型频率特性的影响,得到了无量纲固有频率随不同参数变化的特征曲线。分析结果表明：不同边界条件下模型的频率特性曲线有很大的差别;气体体积分数对临界流速的影响在悬臂管系统中表现的更为明显;在简支管模型中,随着轴力的增大会产生模态耦合颤振。此外,通过液相流速和旋转角速度的频率云图展示了两种因素对钻柱频率特性的影响。     

Dynamic behavior of cracked pipe conveying fluid with moving mass based on timoshenko beam theory

In this paper we studied about the effect of the open crack and the moving mass on the dynamic behavior of simply supported pipe conveying fluid. The equation of motion is derived by using Lagrange’s equation and analyzed by numerical method. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments i.e. the crack is modeled as a rotational spring. The influences of the crack severity, the position of the crack, the moving mass and its velocity, the velocity of fluid, and the coupling of these factors on the vibration mode, the frequency, and the mid-span displacement of the simply supported pipe are depicted.