两端简支输液管道流固耦合振动分析

根据Hamilton原理推导出流固耦合自由振动变分方程，采用直接解法求解自由振动的固有频率、临界流速和临界压力的解析解表达式。讨论了流速、压力和简支长度的变化对管道固有频率的影响，分析了简支长度和压力的变化对临界流速的影响。     

两端固支输流管道流固耦合振动的稳定性分析

根据Hamilton变分原理,建立了两端固支管道流固耦合振动的控制方程,用幂级数近似管道的振型函数,求得了方程的解析解,推导了管道固有频率、临界流速、临界压力的计算方法。最后,应用本文推导的计算方法,对一段典型飞机发动机输油管道进行了计算分析,研究了前两阶固有频率,临界流速、临界压力与流体压力、流速、管道固支长度之间的关系。     

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。     

流固耦合效应对输液管道的振动影响研究

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动。在考虑流固耦合效应的情况下,应用ADINA中流固耦合分析求解器ADINA-FSI,建立了输液管道的直管有限元模型,介绍了管壁模型和流体模型的建模过程以及流固耦合计算过程、压力突变和约束的施加以及模型参数选择等。依据仿真结果,分析了压力突变、管道模型和简支等因素对管道振动的影响。有压流动对管道横向和轴向振动的影响受到支承条件的影响,固支数量的增多有助于消减压力突变等因素引起的管道振动,管道及流体参数的合理选取等也对振动有重要影响。     

往复式压缩机管道振动分析与优化

振动问题严重影响着压缩机管路系统的长周期安全运行。针对往复式压缩机管道振动问题,基于ANSYS有限元分析软件对振动剧烈的管路进行流体压力脉动计算与流固耦合模态分析。结果表明,诱发管路振动的主要原因是流体压力脉动频率和管道机械固有频率均落在了压缩机激振频率共振区内,增加防震管托的解决方案可以在一定程度上减弱管道振动,经对比不同约束位置的模态分析结果,确定了最合理的约束位置。     

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...     

弹性支承输流管道的动力学特性

研究两端弹性支承输流管道横向振动的动力学特性。根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由两端弹性支承的边界条件得到其模态函数的一般表达式。根据特征方程具体分析弹性支承刚度、质量比、流体压力和流速、管截面轴向力等主要参数对管道固有特性及失稳临界流速的影响。数值计算结果表明,管道固有频率随弹性支承刚度、管截面轴向拉力的增加而增大,随流体流速、流体压强和管截面轴向压力的增加而下降;静态失稳临界流速则随弹性支承刚度、流体压强、管截面轴向压力的增加而下降,随管截面轴向拉力的增加而上升。     

爆炸地震波作用下埋地管道流固耦合动力响应研究

为了探讨埋地管道在爆炸地震波作用下的响应问题,在考虑管内运动流体的情况下,利用数值模拟的方法建立了埋地管道外爆流固耦合模型,并进行了动力响应分析。基于该模型,对比分析了运动流体对管道在爆炸地震波作用下的响应影响,并通过设置不同流体压力、不同流体流速进一步探讨管内流体运动状态对管道响应的影响。结果表明,管内运动流体的存在能有效抵抗爆炸地震波给管道带来的振动效应,选取的充液管道模型应力变化范围比空管缩小了88%,随着流体输送压力的升高,爆炸地震波对管道的振动影响越小;随着流体流速的升高,爆炸地震波对管道的振动影响越大,管道振动越明显。     

基于ANSYS Workbench的液压管道流固耦合振动分析

以噪声试验台液压系统的折弯式管道为例,采用ANSYS Workbench进行有限元联合仿真,研究了流固耦合作用对管道振动的影响。仿真结果表明,流固耦合是引发管道振动的重要原因,在双向流固耦合作用下,管道的固有频率会明显降低。通过在合适位置增加卡箍约束管道,可以在不改变管系主要特征和管道结构的基础上,降低液压管道的流固耦合振动,最终实现减小管道的振动及降低噪声的目的。     

基于ANSYS/Workbench流固耦合输液波纹管的模态分析

以折弯式波纹管为例,分析了流固耦合对输液管道动力学特性的影响。首先应用Pro/E和ANSYS Workbench对结构形状复杂的波纹管道进行了几何建模,通过Pro/E和ANSYS软件的无缝连接功能,在ANSYS中可以得到无损坏的波纹管模型。再利用ANSYS ICEM网格划分技术对流体和波纹管道进行六面体网格划分,得到高精度的有限元模型。最后数值分析了流固耦合作用对波纹管固有频率的影响,比较空管道、有流固耦合作用的管道、无流固耦合作用的管道三种情况下的模态,为管道振动的控制提供了重要的动力学依据。     

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.     

流固耦合对油气井管柱振动特性的影响分析

以油气井管柱为例,分析了流固耦合作用对管柱振动特性的影响。首先建立了有无流固耦合管柱振动方程,阐述了考虑流固耦合对管柱振动特性分析的重要性。再应用ANSYS Workbench软件建立有无流固耦合管柱三维有限元模型,运用Modal分析模块分析了空管柱、气固耦合管柱、液固耦合管柱三种情况下管柱的固有频率与振型等振动特性。与无流固耦合管柱振动特性对比表明:考虑流固耦合作用时管柱固有频率小于无流固耦合时空管柱的固有频率;与气固耦合相比较,液固耦合时管柱固有频率降低量更大,高达13%;管柱固有频率基本随阶数呈平方关系增长;管柱各阶固有频率均随管柱长度的增加而非线性下降;流固耦合作用对管柱的振型几乎没有影响。流固耦合作用影响管柱的固有频率,尤其是内部流体密度很大时,这种影响更不能忽略。考虑流固耦合作用下管柱振动特性的分析为管柱动力学分析提供了依据,也可为避免结构的共振提供参考。     

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。     

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。     

消防炮自适应炮头射流系统自由振动分析

消防炮自适应炮头可根据流体压力和流量变化自动调整炮口开度,从而提高消防炮的射流性能,快速高效地扑灭大型火灾。但炮头末端的自适应机构使射流系统具有流固耦合特性,在高速高压作用下,射流系统可能会发生振动乃至共振,进而影响灭火效率。考虑射流系统中流体域和固体域间的流固耦合效应以及炮头内连续体芯杆和端盖与其他离散结构间的连续离散耦合效应,通过集中质量法确定了芯杆和端盖结构的刚度矩阵,采用集中参数法建立了消防炮自适应炮头射流系统的动力学模型及方程。对射流系统进行了自由振动分析,确定了系统各阶固有频率及模态振型,分析了流体初始体积含气量和流体压力对系统固有频率的影响规律。由样机模态试验可知,理论与试验确定的一阶固有频率偏差仅为0.51%,验证了消防炮自适应炮头射流系统动力学模型的准确性。本项研究可为消防炮自适应炮头射流系统的动力学优化提供理论依据。     

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。     

同心圆排布管束流体弹性不稳定性模拟研究

流体弹性不稳定性是换热器管束振动中最重要的激振机理,对同心圆排布管束的流体弹性不稳定性研究可以为该类型换热器的设计制造及维护提供参考。基于同心圆排布的几何特点,建立了类正方形排布、过渡排布和类三角形排布3个具有代表性的物理模型,采用ANSYS CFX软件进行了流固耦合模拟计算,获得流场信息和振动特性。通过对同心圆排布不同位置处的临界流速、主振方向进行分析,发现主振方向会随间隙流速增大,由顺流方向变为横流方向;在3种排列中,类正方形排布区域临界流速最大,过渡排布区域临界流速最小,结果表明,同心圆排布管束中过渡排布最易失稳,在设计及工程应用中应重点关注该区域。     

涡轮增压器叶轮流固耦合模态分析

为了研究流固耦合场对涡轮增压器叶轮模态参数的影响,采用基于湍流模型理论建立了涡轮增压器压气机的流场模型.并进行了流场网格划分和边界条件的加载.通过计算获得了流场内部的流速、压力分布,把流场压力分布加载到叶轮固体表面上,并计算考虑流固耦合场的叶轮模态.计算结果表明,流固耦合场主要影响叶轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小.     

飞机废水管路流固耦合动力学仿真分析

以某型民机废水管路系统为研究背景,采用有限元法仿真分析管道在周期脉动流作用下的单双向流固耦合动力学特性及气液两相流作用下的动力学响应,并作卡箍位置布局优化。结果表明,流固耦合作用使得管道固有模态频率降低;相较于单向耦合,双向耦合时流体的突载对管道冲击更大,流体阻滞作用能降低管道振动幅值;两相流作用下,通过在弯管附近布置卡箍能降低管道的振动,卡箍布局优化后监测点处Y向位移及加速度峰值分别降低约84%和85%,管道最大应力减小近51%。     

悬臂输送管道流-固耦合动力学系统的直接解法

根据变分原理导出了输送管道(流—固耦合问题)自由振动的变分方程,采用直接解法求出了输送管道自由振动的固有频率和极限流速。