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。     

液压冲击下的管道振动特性试验研究

针对现有液压振动技术应用的现状以及液压系统中存在的液压冲击现象,提出了一种利用液压冲击来产生振动的激振系统。该系统以激波器为波动发生器,以管道为受控对象。阐述了液压波动发生的机理,并搭建了振动试验测试平台。对管道中的压力波动进行了研究,计算了压力脉动的最大理论值,并进行了试验验证,结果表明两者吻合较好,管道中的压力波动受控于系统频率。对管道振动特性的试验表明,管道两端的振动强度大于中间的振动强度,管道的振幅随系统频率与系统压力的增大而增大,系统压力在4.6 MPa以上,再增大系统压力,对管道的振幅影响不大。     

水下压缩气体储能管道振动特性分析

水下压缩气体储能作为一种柔性规模的储能技术，是向可再生、可持续能源结构过渡的新兴推动力。水下管道输气过程中经常发生液体积聚，从而促使管道内单相流转变为复杂的气液两相流。由于不稳定的两相流动与管道之间产生了耦合作用，引起管道振动，进而影响水下压缩气体储能系统的运行。基于ANSYS对储能管道和管道支撑结构进行了有限元分析。建立了有限元模型并对管道进行模态分析，通过对比有无流固耦合下管道的固有频率，得出流固耦合的存在会降低管道的固有频率。并进一步分析管道固定结构对管道振动特性的影响，对比3种不同固定方式，发现固支-固支支撑结构相对比固支-简支与简支-简支抗振效果好。     

多相旋流冲击振动动力学建模与突变分析方法

多相旋流在航空流控系统、化工匀浆搅拌、连铸过程浇注和核电冷却堆分离等工程领域广泛产生，其形成演变中多相耦合冲击振动动力学特性是具有高度非线性特征的复杂动力学问题。针对上述问题，文中提出了一种基于流固耦合的动力学模型和位移响应求解方法研究多相旋流冲击振动动力学行为。基于振动检测法原理，设计了多通道传感的旋流冲击振动观测平台，采用信号处理算法对流体冲击振动信号进行特征提取以判断旋流临界过渡状态，并提出一种基于小波的旋流非线性冲击振动突变识别方法。研究发现：旋流贯穿后高频段的振动幅值增大，小波变换dw₄突变、高频能量结构的随机性脉冲分量和非线性阶跃等多重特征信息融合可用于多相流体耦合过渡状态的在线检测。     

考虑流固耦合的管道机器人冲击环焊缝过程动力学建模与分析

以管道机器人(Pipeline inspection gauge,PIG)为载体的内检测技术是保障油气管道安全运输的重要手段。针对管内高压流体作用下,管道机器人在冲击管内环焊缝过程中产生的动力学行为突变问题。建立了管道周向受限空间中基于Kelvin弹簧阻尼的管道机器人密封盘等效动力学模型,结合管道机器人本体建立了多体系管道机器人动力学模型;详细推导了管道机器人轴向振动微分方程,以及管内流体的流动方程;并使用Matlab/Simulink与Adams进行流固耦合仿真,作为重要的工艺参数之一,研究了管道机器人速度改变时,其在冲击环焊缝过程中的动力学响应情况。结果表明:所建立的密封盘及管道机器人动力学模型能够很好地表征密封盘在管道轴向、径向以及周向的力学特性;运行速度越快,管道机器人通过环焊缝引起的轴向振动越剧烈,冲击振动越明显;而垂向和俯仰振动现象随运动速度增大而显著减弱。     

水轮机的振动特性研究

以有限元的方法求解水轮机部件的流固耦合振动特性,给出了具有借鉴意义的结果以及应对水轮机振动所引发问题的相关对策     

液压冲击耦合振动的特性分析

利用流固互动（FSI）模型对典型液压系统的冲击振动特性进行了仿真研究,该模型考虑了摩擦耦合和泊松耦合。采用特征线法对该模型进行变换,得到了简洁的数学模型表达式,进行了仿真计算。仿真结果与试验结果基本一致,相对误差小于0．7％,证明了数学模型和仿真算法是正确和有效的,可以指导液压系统的设计与改造。     

基础振动下直管道动态特性分析

针对基础振动对管道动力学特性的影响,导致管道传递效率降低和破坏的问题,运用有限元的方法建立了管道的流固耦合仿真模型。对比分析了有无基础振动对管道动态特性的影响,研究了不同的约束方式和结构参数对管道动力学特性的影响规律。结果表明:外激励对管道动力学特性的影响不能忽略,在强振动管道设计时应该考虑。     

基础振动下液压管道主动减振研究

针对硬岩掘进机工作过程中产生的强振动影响液压管道工作性能的问题,应用双向流固耦合的原理,建立了基础振动下液压管道主动减振仿真模型,实验验证了仿真模型的正确性。以管道最大应力和最大位移为判据条件研究了主动激励参数对管道减振的影响,并得到了对管道减振影响的主次顺序。分析发现当主动减振激励与工作振动频率相等,幅值大小相等,相位角差为π,作用位置在管道中间时,管道最大应力减小22.2%,最大位移减小53.1%,此时的减振效果最好。该研究结果能为强振动环境下液压管道的减振设计提供一定的理论参考。     

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。     

循环载荷冲击下滚滑轴承的振动特性

在深入研究其结构和工作机理的基础上,建立一种新型轴承的振动物理模型,运用振动力学的相关理论,建立其数学模型,通过数学模型,得出其固有振动的特征方程及特征解;由系统的固有振动方程得出伴随矩阵,由伴随矩阵求出其主振型,由主振型得出主质量矩阵,由主质量矩阵得出正则振型矩阵,最后得到该新型轴承系统的稳态响应表达式.通过稳态响应表达式分析系统的振型及振幅,并通过计算和试验分析了影响系统振幅的一些因素.研究结果表明:系统的主振型为内圈在x和y方向上作同为正向或同为负向振动和内圈在x和y方向上作正负相反方向振动两种,新型轴承产生共振的影响因素为内圈质量、滚子个数、内圈旋转位置、滚子的横向刚度、滑块与内外圈之间的油楔刚度,当这些因素以一定方式结合且其值等于激振频率时,系统将产生共振,新型轴承产生振动的振幅在内圈转动过程中无变化、与其滚子个数及滚子横向刚度大小成反比.     

以管路为振动输出源的液压激振系统研究

根据有压瞬变流产生的原理,该文提出一种新型液压激振方式。该激振方式将高压管路作为新的激振源,利用激波器产生周期性的有压瞬变流,使高压管路产生振动。构建了管道产生振动的变频液压振动系统,建立了管路流固耦合的振动模型,仿真了振动的工作模态,并进行试验验证。管道的此种振动形式是一个非简谐的周期性振动,并能够受变频系统控制,表明该振动是可以被利用的。     

基于混沌理论的平板闸门流激振动特性

鉴于闸门流激振动过程的复杂性,对水弹性模型试验中闸门在不同开度下的实测加速度响应数据进行了混沌特性分析。首先,对实测数据进行相空间重构,分别采用平均互信息法和平均伪最近邻域法计算最佳时间延迟和最佳嵌入维数;然后,基于嵌入参数计算关联维数D_2和最大Lyapunov指数λ_1,并对各计算参数的分布规律进行分析。研究表明:闸门侧向振动的复杂性相对其他振动方向更高,中间开度时的振动复杂性比大开度或小开度更显著;竖直向振动与顺流向振动中呈现出了较低维(D_2=3.342~5.130)的混沌吸引子,表明较少的独立变量即可描述闸门竖直向及顺流向振动的规律;λ_1随闸门开度的变化规律呈现"两边小中间大"的趋势,表明闸门在中间开度时的振动预测准确性较低。     

航空发动机系统复杂管路结构振动特性

针对高速运转带来的处于高温环境、狭小空间内复杂管路不平衡振动问题,开展航空发动机系统复杂管路的结构振动特性研究。从系统直管和弯管结构振动特性分析提出复杂管路结构数值建模方法,并基于航空发动机复杂管路一般具有对称的结构特点,对系统复杂管路从总体结构和径向结构角度开展振动特性分析与结构优化。分析结果表明:作为轴对称复杂管路结构,3个对称加载的总体结构呈现刚体模态,而20°的管路径向结构在基本加载下振动变形集中于异面支管,且总管增加不同载荷对其结构变形减小无正向影响,故从运行角度为狭窄空间内管路设置结构限制条件,有助于减少系统复杂管路运行故障的发生。     

非稳态流体激励下离心泵转子振动特性研究

建立了离心泵全流道三维定常及非定常CFD数值模型,通过非稳态计算得到作用于叶轮上的流体激振力,同时建立了泵转子有限元模型,研究不平衡质量与非稳态流体激振力对转子振动特性的影响。研究结果表明离心泵叶轮内流体激振力具有多种频率成分。不考虑转子上不平衡质量影响时,叶轮处转子在流体激振力作用下振动幅值最大,依次为转轴中部、下部轴承和上部轴承对应的转子位置。转轴上不同位置振动频率特性具有差异,实际故障诊断时要考虑测试部位的影响。考虑不平衡质量影响时,在远离受流体激振力作用的叶轮部位,转子振动频率成分减少。     

泵源与机体共同激励下液压管路振动特性

车辆液压系统在工作过程中会受到车体振动与泵源液压脉动双重激励的影响,对压力波的传递及管网的振动产生重要影响.针对车辆液压系统泵源激励和车辆机体激励产生的振动进行分析,研究多源激励下管路的振动规律及压力波的传递规律.首先对泵源与机体共同激励下管路振动的计算方法进行了分析,将流体域动力学方程与固体域动力学方程进行组合,建立...     

隔振器组合系统稳态振动特性研究

隔振器作为一种典型的非线性隔振装置,具有良好的刚度和阻尼特性.通过合理组件隔振器系统,使隔振器隔振效果大幅度提升,解决了工程中设备受到振动冲击而极易引起损坏的问题.采用牛顿运动定律建立其振动微分方程,运用Routh-Huritz判据对其有效性进行判定,通过Solidworks构建三维模型后,采用Simulation-e...     

外载作用下悬跨管道纵向振动响应研究

管道是油气资源运输的载体,其性能对作业安全影响巨大。在合理假设的基础上,通过建立悬跨管道的振动力学模型,建立并求解其运动微分方程,得到悬跨管道的纵向振动响应。管道在受冲击载荷作用时由于阻尼的存在其纵向振动响应幅值随时间逐渐减小;管道受一般外载作用下的响应可通过将外载视为作用时间段内冲击载荷的积分来处理;管道受简谐力作用时其振动幅度与阻尼比和频率比相关,当外激频率接近固有频率时振幅放大系数最大,当外激频率大于固有频率时,频率比越大管道的振幅放大系数越小。     

实验室液体流量校准系统流场特性研究

系统中的标准流体是通过过程控制系统产生的,过程控制系统中的PLC控制器采用PID算法控制调节阀的开度从而实现对流量的精准控制。通过对实际管道的流体仿真得出管道的流场、流速分布,确定平流区域从而确定待测管的安装调试位置。通过实验表与标准表的参数对比验证系统的控制精度;通过不同安装位置下实验表的数据差异分析安装位置对流量测量的影响。通过实验数据知该系统能够对安装位置的选择起一定的指导作用。