管材参数对输液管流固耦合振动的影响

采用特征线法对一蓄水池-管道-阀门(RPV)系统的流固耦合振动响应进行了数值计算,研究了管道结构阻尼、管材泊松比以及管道壁厚管道材料对系统振动响应的影响。结果表明：随着管道结构阻尼的增大,管壁本身的振动受到抑制;当管道结构阻尼大于某一临界值时,系统的振动能量主要集中在液体里,造成液体压力能的升高;随着泊松比的增大或管道壁厚的增大,液体的压能增大,管壁的轴向振动强度降低。     

气液两相入流条件下离心泵内部流动诱导特性实验研究

搭建了泵送气液两相流实验台,以比转速n_s=132.2的离心泵为模型进行气液两相入流条件下的流动诱导特性研究,获得了在不同进口含气率下的外特性和压力脉动、振动信号的频谱和概率密度图。研究结果表明:气液两相入流条件下,离心泵在小流量工况时的性能对气体更加敏感;模型泵在入流含气率超过8%以后,性能急剧下降且可测试的工况范围变窄并比较紊乱,能达到的最大入流含气率为10%;气液两相入流条件下,泵出口压力脉动主频仍为叶频,叶频处幅值随着进口含气率的增大而增大,含气率越大低频区的宽频特性越明显;压力脉动信号和振动信号均服从正态分布,随着进口含气率的不断增大,压力脉动的概率密度函数(PDF)幅值逐渐减小而压力幅值跨度逐渐变宽,振动的PDF幅值呈先增大,然后减小,在进口含气率为5%时达到最小(仍大于纯水工况),然后再增大的趋势,两者均可作为流态监测的重要依据。     

充液直管管系中的固-液耦合振动响应分析

对充液直管管系中固 -液耦合 (包括连接、泊松、摩擦耦合 )对管系轴向振动响应的影响进行了研究。研究结果表明 ,固 -液耦合作用对充液管道系统振动响应影响不容忽视 ;三种固 -液耦合作用中 ,摩擦耦合影响较小 ,连接耦合与泊松耦合影响较大 ,并且其影响机理受到阀门关闭速度的影响 ;当阀门关闭较快时 ,系统响应以水锤响应激励下由连接耦合带来的受迫振动为主 ;当阀门关闭较慢时 ,系统以由连接耦合与泊松耦合带来的管道应力波为主。     

U形管内气液两相流诱导振动特性的试验研究EI北大核心CSCD

试验研究了横向U形管内气液两相流诱导振动的动态响应特性。重点研究了流型形式、气相表观流速U_(g)、液相表观流速U_(l)、体积含气率β等对振动响应强度a_(rms)的影响。结果表明,横向U形管振动主要表现为面内方向且为某一阶固有频率附近的低频振动,同时表现为拍振现象。U形弯头轴向不同测点振动频谱幅值呈现近似抛物线变化,在弯头90°处达到最大。a_(rms)由大到小依次为段塞-波形流、环状-波形流、环状-弥散流、塞状-泡状流和分层-塞状流。当U_(l)固定时,a_(rms)随U_(g)的增加呈现先缓慢增长而后快速增大的趋势,快速增大的分界线约为U_(g)=1 m/s;当U_(g)固定时,a_(rms)随U_(l)的增加逐渐增大。当β较小时,a_(rms)随β的增加呈现非常缓慢的增长趋势;当β增加到某节点时,振动强度快速增大,且快速增大的β节点值随液相表观流速U_(l)的增加而降低。     

滚振试验台液压管道系统的振动特性分析

液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分,在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此,基于单向和双向流固耦合的模态分析方法,采用k-ε 的湍流模型,对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型;在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明：单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率,相差率达2 %～10 %,相同阶次下的振型形态基本一致;流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大,在一定的压强范围内,管道的固有频率随着流体的压强增加而增加,流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。     

滚振试验台液压管道系统的振动特性分析

液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分,在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此,基于单向和双向流固耦合的模态分析方法,采用k-ε 的湍流模型,对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型;在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明：单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率,相差率达2 %～10 %,相同阶次下的振型形态基本一致;流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大,在一定的压强范围内,管道的固有频率随着流体的压强增加而增加,流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。     

不同流动状态下振动管段阻尼系数的测量

科氏流量计是采用流体通过振动管产生的科利奥利力测量质量流量的。利用振动管动力特性还可以测量流体密度、黏度等参数。阻尼系数是振动系统的一个重要参数。本文采用实验的方法测量了一段两端连接波纹管的刚性管段在不同流动状态下的相对阻尼系数,并研究了阻尼系数与压力、流量和水中含气率的关系。实验结果表明,在一定范围内相对阻尼系数受流体压力和流量影响不大,但明显随含气率的增大而增大。     

隧道开挖和爆破扰动耦合作用下埋地管道安全性研究

随着我国交通系统的快速发展,临近埋地管道施工的工程案例越来越多,隧道开挖不可避免地会影响管道的安全。为研究隧道开挖变形及爆破扰动耦合作用下临近埋地管道的安全性,以深圳市大山陂1号隧道施工为背景,建立管-土-隧动静耦合作用模型以分析不同管道内压、围岩弹模、管隧间距、单段最大装药量条件下埋地管道的应力和振速变化规律,进一步引入Morris筛选法对各因素的影响程度进行评价分析。结果表明:管道应力和管道振速受管道内压和单段最大装药量的影响最大;管道应力峰值随着管道内压的增大、围岩弹模的增大、管隧间距的减小和单段装药量的增大而增大;管道远离拉应力峰值的区域,在各种参数的综合影响下,可能出现压应力。     

不同参数下液体振动管密度计计量特性的研究分析

正液体振动管密度计影响校准结果的主要参数有温度、压力、流量特性、液体黏度等参数,下面将分别开展讨论。一、温度压力影响实验表明,被测介质温度发生变化时会引起密度计传感器、振动管弹性模量等发生变化,会导致整个系统振动率发生变化,进而使测量密度值产生误差。当流体温度增加时,振动管长度随着热胀冷缩效应增加,从而使振动频率下降,而流体温度增加时,密度值必然下降,振动频率增加。流体压力变化同样会引起振动系统频率发生变     

考虑流体附加质量的输流管道振动特性分析

针对管内流体激励(flow-induced vibrations,FIV)引起的结构振动问题,考虑单向流固耦合作用,通过引入附加质量分析内流流速对结构振动特性的影响。以两端固定支撑输流直管作为研究对象,利用数值方法模拟不同流速下管内的流动状态,获取流体压力系数、湍动能及管道结构位移响应。基于单向耦合振动机理,建立管道流固耦合附加质量模型,采用FEM方法展开结构模态分析,计算流体作用于结构的附加质量和固有频率。数值仿真结果表明:内部流体流速对管道结构振动有较强的耦合作用,流速增加使得耦合附加质量增大,且存在临界流速使管道发生静态屈曲失稳现象。与经验公式对比,该计算结果在10%的误差范围内能更准确地反映流体对结构振动的单向耦合作用。因此,提出的方法能够应用于单向耦合振动问题分析,并为研究流固耦合对结构动力特征影响等管内流动的FIV问题提供思路。     

Acoustic and vibrational damping in porous solids

A porous solid may be characterized as an elastic-viscoelastic and acoustic-viscoacoustic medium. For a flexible, open cell porous foam, the transport of energy is carried both through the sound pressure waves propagating through the fluid in the pores, and through the elastic stress waves carried through the solid frame of the material. For a given situation, the balance between energy dissipated through vibration of the solid frame, changes in the acoustic pressure and the coupling between the waves varies with the topological arrangement, choice of material properties, interfacial conditions, etc.Engineering of foams, i.e. designs built on systematic and continuous relationships between polymer chemistry, processing, micro-structure, is still a vision for the future. However, using state-of-the-art simulation techniques, multiple layer arrangements of foams may be tuned to provide acoustic and vibrational damping at a low-weight penalty.In this paper, Biot's modelling of porous foams is briefly reviewed from an acoustics and vibrations perspective with a focus on the energy dissipation mechanisms. Engineered foams will be discussed in terms of results from simulations performed using finite element solutions. A layered vehicle-type structure is used as an example.     

Evaluation of elastic accommodation energies during solid-state phase transformations by the finite element method

The precipitation of a solid phase in a rigid matrix leads to the creation of strain energy in the system as the transformation strain cannot be relaxed in the case of solid state transformations. A finite element model based on the initial strain approach has been presented to evaluate elastic accommodation energies during solid-state transformations. The finite element analysis (FEA) reveals that the total system energy increases with increase in the ratio of the modulus of the precipitate to that of the matrix, and with increase in misfit strain between the matrix and the precipitate. The analysis has been performed by considering the transformation to progress from the centre to the surface and from the surface to the centre of the three dimensional axisymmetric system. The elastic accommodation energies obtained by the FEA are comparable to energies obtained by continuum mathematical models.     

Propagation of Love waves in an elastic layer with void pores

The paper presents a study of propagation of Love waves in a poroelastic layer resting over a poro-elastic half-space. Pores contain nothing of mechanical or energetic significance. The study reveals that such a medium transmits two types of love waves. The first front depends upon the modulus of rigidity of the elastic matrix of the medium and is the same as the love wave in an elastic layer over an elastic half-space. The second front depends upon the change in volume fraction of the pores. As the first front is well-known, the second front has been investigated numerically for different values of void parameters. It is observed that the second front is many times faster than the shear wave in the void medium due to change in volume fraction of the pores and is significant     

位于弹性半空间上的理想流体层动力反应--平面SV波入射

根据弹性固体与理想流体动力学方程,导出了固-液介质交界面上波的透射与反射系数的理论公式,分析了平面SV波从弹性半空间入射到与理想流体层的交界面时,弹性半空间的弹性模量和密度,平面SV波的入射角和频率,以及流体的体积模量和密度对理想流体层动压力的影响。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

循环荷载作用下饱和砂土的性质演化规律及液化阶段性特征

正确认识饱和砂土在液化过程中的性质演变规律是解决可液化土层大变形问题的关键。通过饱和砂土不排水三轴试验,研究了饱和砂土液化过程中剪应力-剪应变关系、孔压增长速率和流动性的演化规律。发现饱和砂土由固态向液态的转变过程存在显著的阶段性特征,饱和砂土的液化过程可根据孔压比增长速率特征点划分为固态、固-液过渡、触变性流体及稳定流体四个阶段,而土体的孔压比增长速率与其产生的残余剪应变相关;围压和循环应力比会影响土体液化过程中各阶段的持续时间,围压越低、循环应力比越高,饱和砂土越容易从固体阶段转变为流体阶段;饱和南京细砂从一个阶段进入另一个阶段的所需振次与对应的孔压比之间呈线性关系。     

A discrete element analysis of elastic properties of granular materials

The elastic properties of a regular packing of spheres with different tolerances were evaluated using the discrete element method to elucidate the mechanisms behind the discrepancies between laboratory experiments and theoretical predictions of the classic Hertz-Mindlin contact law. The simulations indicate that the elastic modulus of the packing is highly dependent on the coordination number and the magnitude and distribution of contact normal forces, and this dependence is macroscopically reflected as the influence of confining pressure and void ratio. The increase of coordination number and the uniformity of contact normal forces distribution with increasing confining pressure results in the stress exponent $n$ for elastic modulus being higher than 1/3 as predicted by the Hertz-Mindlin law. Furthermore, the simulations show that Poisson’s ratio of a granular packing is not a constant as commonly assumed, but rather it decreases as confining pressure increases. The variation of Poisson’s ratio appears to be a consequence of the increase of the coordination number rather than the increase of contact normal forces with confining pressure.     

含液饱和多孔波阻板的地基振动控制研究

基于含液饱和多孔介质中的流-固耦合作用,提出了以含液饱和多孔材料作为隔振屏障的一类新型的地基振动控制体系。考虑在弹性地基内部设置饱和多孔波阻板,基于线弹性理论和Biot多孔介质模型,采用Fourier级数展开的方法,分别建立了地基表面和内部受到条形简谐荷载作用下地基动力响应的计算列式。通过数值算例,与传统的单相固体波阻板的隔振效果进行了比较,并且分析了多孔材料波阻板中固相材料性质、孔隙率、孔隙流体性质等物理力学参数对地基隔振性能的影响规律。结果表明,相对于单相固体波阻板隔振体系,基于含液饱和多孔波阻板的地基隔振体系更加具有优越性,并且更具有可设计性。     

囊式混合介质隔振器的动力学特性试验

为了摆脱气囊的气体泄漏问题,在气囊中填充弹性单元体和液体（混合介质）来替代气体。其带来的优点是消除了泄漏现象,可减少对监测和充气设备需求,从而大幅度降低了隔振系统成本。将充填混合介质的囊式隔振器在试验台架上进行正弦扫频激励的动力学特性试验,试验结果表明：囊式混合介质隔振器的振级落差随填充单元体数量的增加而升高;频响函数曲线表现出不同于气囊隔振器的刚度特性,其刚度特性受到所填充的弹性单元体和液体的力学特性影响,随内压的变化表现特性复杂。     

一般支撑条件下横向流中弹性圆柱的响应

该文以横向流方形圆柱阵中的单根、两端带有一般支撑条件圆柱的流致振动现象进行研究。考虑圆柱的横向变形及其对轴力的影响,建立了系统动力学方程。分析了系统的稳定性及在不同流速条件下出现的复杂非线性行为,该文以分岔图、相平面图、庞加莱映射图来刻画流速变化对圆柱振动的影响。研究结果表明,系统的初始预应力,降低了圆柱的稳定性;当流速较小时,系统首先表现为周期运动;随着流速增大,系统进入概周期运动,该系统未发生混沌运动。