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。     

冻结砂土层中埋地管道管土界面应力分析

寒区埋地管道管土相互作用对压力输送管道受力分析和安全防护设计具有较大影响.利用试验研究与有限元模型分析相结合的方法,对冻结砂土与管道间的界面应力问题进行了研究.考虑管土间摩阻力、粘结力、冻结力及管土弹塑性变形等耦合作用影响,利用层间界面双线性接触模型,建立有限元分析模型,进行了相应的试验验证.结果表明,寒区砂土层中管土...     

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。     

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%。     

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。     

基于分布式测试系统的冲击波压力场重建的研究(英文)

采用存储测试技术设计了一套由多个测试节点组成的分布式测试系统,此系统可用于爆炸冲击波测试。该系统采用上升时间为微秒级的传感器点阵,能够快速响应瞬态冲击波信号。为减小动态响应误差,利用激波管对系统进行了动态标定。在静爆试验中由传感器点阵采集得到的爆炸冲击波超压峰值,采用三次样条插值算法对冲击波压力场进行了重建,并对重建结果进行了误差分析。     

气体爆炸对白鼠杀伤作用的实验研究（英文）

通过实验测试了管道式气体爆炸冲击波对置于管道内的白鼠的杀伤作用,当甲烷体积分数为10%时,爆炸产生的最大压力为0.264 MPa,白鼠受伤最严重。将一些特制的障碍物置于管道可产生更强的冲击波,这有助于增强甲烷爆炸对白鼠的杀伤作用。当甲烷体积分数为10%时,有障碍物条件下的最大爆炸压力可达到0.298 MPa。由此可知,为减小煤矿中事故冲击力,应尽量避免障碍物的存在;随爆炸次数增加,白鼠致死压力减小。     

考虑流体惯性力的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑惯性力的Reynolds方程,对水润滑飞龙滑动轴承进行流体润滑数值分析。探讨不同载荷、转速以及表面粗糙度对压力和膜厚的影响,并与不考虑流体惯性力的热弹流解进行对比。结果表明,考虑流体惯性力的影响时,入口区压力增大,压力峰值有所减小,中心膜厚与最小膜厚均增大;随着载荷的增大,压力峰值增大,入口区的压力和膜厚减小;随着转速的增大,压力峰值减小,入口区压力及润滑膜膜厚增大;轴承表面粗糙度使得压力和膜厚均出现了连续波动,压力峰值增大,最小膜厚减小。     

交通载荷下管道的位移响应分析初探

基于单位脉冲(函数属性以及傅里叶级数技术,建立了随机交通荷载下管道的Eular-Bernoulli弹性地基梁受力模型对管道的位移响应进行了解析计算,模型中考虑了管道所受的阻尼,并进一步探讨了考虑管土系统动态参数特性时求解梁响应的解析算法,从而为地下管道受载荷作用下的力学性状研究提供了简捷、明析的解题方法.     

基于AMESim的长距离管道液压系统动态特性与优化设计

为研究流体特性及管道参数等对长距离管道系统运行的影响,以海上采油树液压控制系统为原型,采用AMESim建立了长管道液压系统的仿真模型.研究了管道参数及流体属性对管道压力损失及动态特性的影响,并分析了影响长管道液压冲击的因素及改善方法.表明在管道直径、液压油属性不变的前提下,随着管道长度的增加,管道压力损失不断增大,系统负载的速度及位移响应时间增加;随着管道直径的减小,负载速度响应及位移响应逐渐降低,响应时间增加;随着粘度的增加,管道压力损失增加,负载响应时间增加;而流体密度对管道的压力损失、负载速度响应及负载位移响应的变化影响较小.随着管道长度的增加和管道直径的减小,压力冲击峰值有减小的趋势,通过安装蓄能器对压力冲击有明显的改善作用.分析了影响长管道液压系统动态特性的因素,优化了系统参数匹配,对长管道液压系统的设计提供了参考,对实际液压系统的设计具有指导意义.     

气体爆炸对白鼠杀伤作用的实验研究

通过实验测试了管道式气体爆炸冲击波对置于管道内的白鼠的杀伤作用,当甲烷体积分数为10％时,爆炸产生的最大压力为0.264 MPa,白鼠受伤最严重.将一些特制的障碍物置于管道可产生更强的冲击波,这有助于增强甲烷爆炸对白鼠的杀伤作用.当甲烷体积分数为10％时,有障碍物条件下的最大爆炸压力可达到0.298 MPa.由此可知,为减小煤矿中事故冲击力,应尽量避免障碍物的存在;随爆炸次数增加,白鼠致死压力减小.     

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...     

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。     

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。     

埋地输氢管道在走滑断层作用下的失效分析

利用X80材料在高压氢环境下的慢应变速率拉伸试验数据,建立输氢管道的非线性材料模型,同时考虑土体材料非线性、管道几何变形非线性以及管土接触非线性等特征,利用ABAQUS模拟研究了埋地X80输氢管道在走滑断层下的力学响应,给出了管道的许用压缩应变值,讨论了断层位移量、输氢压力、断层角等参数对管道失效模式的影响,结果表明:输氢压力对管道的整体应变水平影响较小,管道应变主要由管土相对位移引起,内压引起的薄膜应变可忽略;断层角对管道失效模式具有显著的影响,当断层角小于75°时,管道易发生屈曲失效,当断层角大于75°时,管道易发生拉裂失效。     

大开挖穿越管道热力耦合分析

长输管道穿越河流工程,主要采用大开挖穿越施工方式。正常运行的大开挖穿越河流管道所穿越地形高差较大,所受载荷情况较为复杂,对其进行力学行为研究显得十分必要。通过建立大开挖穿越河流管道力学模型,阐述其力学模型、求解过程以及热应力补偿计算方法。通过ANSYS有限元软件建立大开挖埋地管道热力耦合计算模型,分析管道在保温条件下不同进出口温度对管道应力、应变和位移的影响,为长输埋地管道的保温工艺提供有益参考。     

基于ANSYS Workbench的管道内表面裂纹强度因子干涉作用研究

基于ANSYS Workbench对管道内表面单裂纹和双裂纹的影响因素进行数值模拟研究。建立单向拉伸载荷作用下的管道内表面裂纹的有限元模型，比较研究数值模拟结果与理论解，研究表明两者的最大误差为6.01%。应用数值模拟方法研究管道内表面单裂纹与拉伸载荷倾角对裂纹等效应力和最大应力强度因子的影响规律，研究表明当倾角为30°时，裂纹的最大等效应力达到最大值(22.676 MPa)，而最大应力强度因子随着倾角角度的增加呈现单调递减的趋势。建立水平裂纹和斜裂纹的有限元模型，分析单向拉伸载荷下的管道内表面水平裂纹和斜裂纹在夹角为30°、45°、60°和90°的干涉机制，研究表明两个裂纹的夹角从30°增加到90°，水平裂纹的最大等效应力在20.095～22.05 MPa之间，最大应力强度因子在9.791 2 MPa·mm^0.5与9.262 1 MPa·mm^0.5之间；而倾斜裂纹的的最大等效应力从24.103 MPa减小到5.715 2 MPa；最大应力强度因子从7.995 1 MPa·mm^0.5下降到1.744 7 MPa·mm     

压力管道动态断裂行为研究

这里研究了压力管道在振动状况下的动态断裂特性。计算了在流体激励下管路系统的各阶模态及位移响应,并利用1/4点位移法对管道中各个位置裂纹的动态应力强度因子进行了有限元计算。经与理论值及静态值结果比较表明,动态下的应力强度因子大约增加10%左右。这里工作对于压力管道的可靠性分析及动态断裂安全评定具有重要的参考价值。     

管道耦合水击的最优阀调节问题研究

根据流固耦合理论,研究了耦合水击过程中的最优阀调节问题.建立了阀门最优化调节的数学模型,并研究了模型的求解方法.在算例分析中,分别按限定压力或应力阀调节问题进行计算,得出了不同条件下的最优阀调节规律及瞬变响应曲线.计算结果表明:在水击过程中,最大水击压力和最大米塞斯应力不一定出现在同一位置且不一定同时达到最小;以米塞斯应力为优化对象对管道的水击响应控制更为有利.     

考虑牙间均载的拉杆螺纹连接多目标优化

为提高机架螺纹连接寿命,运用弹塑性接触有限元方法对拉杆连接螺纹进行强度分析,结合参数化建模,建立考虑牙间均载和应力峰值的多目标优化模型,采用径向基函数（RBF）神经网络方法和带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解。结果表明：牙侧角约为15°时,牙间轴向载荷分布不均匀率减小13.6%,等效应力峰值减小6.9%,第一主应力峰值减小11.5%。