实验分析两端支承管道的参数共振

用实验方法研究了一端固定、一端铰支输流管道在脉动内流作用下的参数共振问题。对实验管道在几种不同的平均流速下做了多次重复实验,获得了第一振型1／2次谐波参数共振相关实验数据。实验结果表明：当平均流速达到一定值时,一端固定、一端铰支管道在一定的脉动流振幅和脉动频率下会产生第一振型1／2次谐波参数共振;脉动流振幅越大,发生参数共振的频率范围也越大,当脉动流振幅小于一定值时,不再发生参数共振;平均流速越大,发生参数共振所需要的脉动流频率就越小,即低频脉动时平均流速越大管道越容易失稳。实验结果与理论分析结果是一致的。对可能引起定量误差的原因进行了较详细的分析。     

基于增量谐波平衡法的两端固定输流管参数共振

应用增量谐波平衡法(Incremental harmonic balance method,IHB方法)研究两端固定输流管在脉动流激励下的参数共振问题。分析离散化后的运动微分方程,得到管道一阶次谐波参数共振的幅-频响应曲线,讨论系统参数对失稳临界频率的影响。比较IHB方法与数值模拟方法得到的管道振幅,二者吻合得很好。典型算例表明,对于具有强非线性的流-固耦合系统,IHB方法是精确有效的半解析研究方法。     

两端固定输流管道的参数共振实验

将非接触式测振方法引入到输流管道的参数共振问题的实验研究。首先,通过激光测振技术获取了实验管道中部在脉动流激励下的振动信息;其次,通过确定管道振动频谱图中1/2倍频出现和消失时对应的激励频率,并在多组测试结果的基础上拟合出了管道第一振型1/2次谐波参数共振区域,且实验结果与利用平均法计算得到的理论结果定性一致;最后,对实验结果的误差成因进行了较深入地分析。得到如下结论：在一定平均流速下,两端固定管道在适当脉动幅值和脉动频率下可以发生参数共振现象,且参数共振区域的位置与流速关系较大;管道实际发生参数共振的范围要大于理论计算结果,这可能与选用平均法进行理论计算有关。     

双参数地基上输流管道的稳定性分析

研究了双参数地基上两端铰支输流管道在定常内流作用时的静态稳定性和脉动内流作用时的动态稳定性问题。利用复模态方法计算了系统静态失稳临界流速,并应用平均法得到了脉动内流作用时管道的前两阶主参数共振区域,讨论了地基的线性刚度、剪切刚度及一些系统参数对临界流速和参数共振区域的影响。研究结果表明:改变两个地基刚度均可以影响系统的静态和动态稳定性,但剪切刚度的作用更显著,不能忽略;管道轴向预紧力、质量比、黏弹性系数及平均流速等参数也对系统稳定性有着不同的影响。     

两端固定脉动流管道振动的自适应控制

采用压电片作为控制执行元件,对脉动流作用下两端固定输流管道振动的自适应控制方法进行了研究,推导了受控系统的运动方程,设计了模型参考自适应控制器,并通过数值仿真,验证控制器的有效性.     

输流管道应力脉动的试验模态分析

本文应用应变导纳函数的概念来描述输流管道应力脉动的基本特性,并采用试验模态分析技术识别管道系统的模态参数,由模态参数的变化证明管道流—固耦合的影响。     

TBM液压管道防共振结构设计流程

针对TBM掘进过程中液压管道在强振动环境下发生共振,导致管道振动加剧的问题,建立了基础振动下两端固支输流管道流固耦合数学模型,运用Galerkin方法和Matlab工具对其进行了求解,且对其结果进行了实验验证,得到了管道发生共振的临界固支间距,并分析了基础振动和结构参数对临界固支间距的影响,进而制定了避免管道发生共振的结构设计流程。结果表明:管道发生共振的临界固支间距随基础振动频率的增大而减小;管道内径每增加5 mm,临界固支间距的上界增大0.26 m;管道厚度为3 mm时,厚度每增加1 mm,上界增大2.87%。     

控制阀-输流管道系统传递矩阵建模与分析

为了揭示控制阀-输流管道系统的流固耦合振动规律,研究了系统的传递矩阵模型建模方法。以一个带有单座式调节阀的固定-简支输流管道的振动分析为例,考虑调节阀内及管道内流固耦合作用,将控制阀阀体作为刚体,控制阀内部阀芯-阀杆-薄膜简化为单自由度质量-弹簧-阻尼系统,输流管道简化为弹性连续梁模型,建立了基于线性假设的控制阀-输流管道流固耦合系统的传递矩阵模型。仿真分析了给定工况下系统的固有特性和稳态简谐时域和频域响应,证明了传递矩阵模型的有效性;同时,通过与单一控制阀模型和单一输流管道模型的仿真对比,揭示了控制阀与输流管道流固耦合相互作用对系统振动响应的影响规律。     

非均匀内流对航空燃油管道振动特性影响的波动法研究

利用开放系统的Hamilton原理推导了非均匀流输流管道的动力学方程,应用波传播解法对其固有频率进行了求解,得到了不同流速下非均匀流输流管道系统的固有频率,并与均匀流情况下的计算结果进行了对比。研究结果表明,无论对于非均匀流还是均匀流,输流管道的固有频率随内流流速的增加而减小;非均匀流输流管道相比于均匀流输流管道有较高的固有频率。文中的研究结果为输流管道的流致振动分析提供了一定的借鉴和参考。     

具有可移动弹性支承输流管道的稳定性分析

研究了具有可移动弹性支承的输流管道的稳定性问题。建立了分段表示的运动微分方程以及弹性支承处的连续条件和边界条件,采用有限差分法导出了复特征方程,分析了弹性支承处的弹性常数、支承位置对输流管道振动频率和稳定性的影响,给出了稳定性区域图,指出了发散和颤振区域。     

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.     

输流管道非线性横向振动固有频率分析

研究两端铰支输流管道的横向非线性自由振动,分析管道的微单元受力情况,得到自由振动的偏微分控制方程。对偏微分方程做准静态假设得到积分-偏微分方程。为了比较两种非线性模型的差异,将多尺度法直接应用于两种控制方程,对比不同非线性项对系统固有频率的影响。数值算例表明,偏微分控制方程结果与由准静态假设得到的积分-偏微分控制方程结果相比,前者有较强的非线性。     

多功能探险救援手杖的设计

多功能探险救援手杖集支撑、导向、切割、照明、储水、攀援、抛射、传递等多种功能于一体.手杖为高强度铝合金管材,由3段管体构成,利用弹簧和定位销装置中管可以嵌套在下管内,实现手杖的伸缩功能;管内可放置绳索、急救包、水袋等救援用品;手杖两端伸缩刀和伸缩钩装置利用滑块机构实现伸缩.该手杖具有强度高、重量轻、功能集中等特点,在野外探险及救援时可起到关键作用.     

液压管路的谐振问题研究

液压系统中阀门(换向阀等)突然关闭时,液压泵的流量脉动频率和管道的基本频率相互作用,可能发生谐振。本文从理论上分析闭端管路系统发生谐振的条件,并给出了实例分析。结果表明,在安装液压元件时,换向阀至液压泵的管路应避开发生谐振的长度,以防止管路发生谐振。     

Effect of Temperature on Grease Flow Properties in Pipes

The effect of temperature on grease flow properties in pipes was investigated using both theoretical and experimental methods. A theoretical model for pipe flow was obtained by using the Herschel-Bulkley (H-B) rheology model. The H-B parameters at different temperatures were obtained from flow curves measured on a rheometer. The flow properties in the pipes were studied and combined with the theoretical model and H-B parameters. In addition, pressure drop experiments were carried out to verify the theoretical model. The model can be used to predict the critical temperature at which a lubrication system would no longer be able to deliver a sufficient grease flow rate.     

基于VB和SolidWorks的螺旋管道参数化设计与流阻特性分析

为了实现螺旋管道设计变量与编程语言相结合的参数化设计,利用Visual Basic 6.0编程对SolidWorks 2007软件进行了二次开发。结合实例阐述了螺旋管参数化设计的思想、技术要点和流程。开展了不同结构螺旋管道的分析与设计,运用SolidWorks2007中的流体插件CosMOSFLoWorks对螺旋管流阻特性进行了有限元分析。研究结果表明,螺旋管道摩擦损失系数随曲率半径的增大而减小,随螺距、入口处流体速度、圈数的增大而减小,随曲率半径与管径(比值一定)同时增大而减小。VB与SolidWorks相结合的参数化设计能够简化设计过程,提高工作效率,对螺旋管及其它类型零部件的设计与生产具有重要意义。     

高雷诺数水流中悬空输油管道安全性数值分析

穿越河流的输油管道在长距离输油管道工程中占相当比例,在水流长期作用下容易裸露悬空。悬空管道在水流作用下可能产生共振或锁频现象,造成管线失效。通过交错网格系统中的SIMPLE算法求解N-S方程,对均匀来流中的静止管道绕流场进行模拟,验证了模型的可靠性;并应用动网格技术对高雷诺数均匀来流中悬空的横向振动管道绕流场进行了数值模拟,得到不同频率比下的升力系数、阻力系数随时间的变化曲线以及涡量等值线分布图。通过分析涡量等值线分布图得到管道在给定雷诺数流体中的"锁频频率"以及高雷诺数下管道临界长度曲线,结论可用于水流作用下管线的安全分析。     

Effect of asymmetric actuator and detector position on Coriolis flowmeter and measured phase shift

Coriolis flowmeters (CFM) are forced to vibrate by a periodic excitation usually applied midpipe through an electromagnetic actuator. From hands-on experience with industrial CFMs it appears, that the electromagnetic actuator has to be located as symmetric as possible. For CFM design and trouble-shooting it is of relevance to know how and if imperfections, related to the excitation location, influence the dynamic behavior of the vibrating fluid-conveying pipes employed in CFMs. A simple model of an imperfectly excited, simply supported, straight, single pipe CFM is investigated using a multiple time scaling perturbation analysis. The result is a simple analytical expression for the approximated phase shift, which offers a direct insight into how the location of the actuator influences the phase shift. It appears, that asymmetrical forcing combined with fluctuating pipe damping could be a factor contributing to lack of zero shift stability observed with some industrial CFMs. Tests of the approximated solution against results obtained by pure numerical analysis using Galerkin expansion show very good agreement. The effect of asymmetric detector positions is also investigated. Any asymmetry in the detectors position, e.g. due to manufacturing variations or improper handling of the CFM, induces a phase shift that leads to changes of the meter’s sensitivity, and could therefore result into erroneous measurements of the mass flow. This phase shift depends on the mass flow and does not contribute to a lacking zero-point stability. The validity of the hypotheses, which are assumed to be basically similar for more complicated geometries, e.g. bended and/or dual pipe CFMs, with or without multiple actuators, is suggested to be tested using laboratory experiments with purpose built non-ideal CFMs.