输流管道自由振动特性分析系统

传统分析系统能够识别5 Hz以上的振动特性,但对低频率自由振动分析效果不佳,为此提出基于增量谐波平衡法的输流管道自由振动特性分析系统。依据输流管道建设原理,构建输流管道模型,利用增量谐波平衡法,对流体单元以及管道单元,进行受力振动分析,完成分析系统软件设计;根据被测管道的长度、位置等信息选择压电晶片传感器,采用浮点运算器与多模块控制器,完成分析系统硬件设计。实验数据表明,增量谐波平衡法特性分析系统较传统分析系统,提升分析能力44.72%,对输流管道自由振动能够完成全频分析。     

附加重块和弹簧刚度对垂直悬臂输流管动力学稳定性的影响研究

基于哈密尔顿原理建立考虑附加重块和弹簧的悬臂输流管道动力学理论模型，采用微分求积法求解模型控制方程。分别研究了附加重块的质量、弹簧的刚度、重力参数和附加重块/弹簧与重力参数对管道内流体临界流速的影响。结果表明：附加重块和弹簧对悬臂输流管道系统内流体的临界速度有显著影响；在流体质量比一定范围内，垂直悬臂管道自由端附加重块和弹簧时可以显著提高管道内流体的临界速度。     

L型输流弯管自由模态分析

给出了直管在轴向和横向振动的传递矩阵,给出弯曲管道离散模型的节点传递矩阵,推导了在直管与弯管过渡区域的无因次化矩阵.分别计算了末端自由和固定2种边界条件下的输流弯曲管道模态,并与有限元方法计算结果相比较.结果表明,传递矩阵法能有效计算输流管道系统模态,同时流固耦合作用对输流管路模态影响较大,计算时不容忽视.     

舰船载流管道的动态分析

对载流管道在外部激振力和流体激励下的动态响应进行了计算。比较了在不同激振力频率和不同管内流速情况下的管道动态响应。根据舰船管道的实际情况，在载流管系的动态响应分析中引入基础振动的影响。计算分析了舰船管道系统在流体激励、外部干扰力和基础振动情况下的动态响应。     

基于ANSYS的输流管道流固耦合特性分析

应用有限元分析软件ANSYS对输流管道在不同约束条件下进行流固耦合动力学模拟计算和模态分析,得到输流管道在不同约束方式下管壁特征点径向位移、应力与固支点反作用力历程图、固有频率及振型,计算结果对优化管道系统和维护管道系统运行有一定的指导意义。     

舰船载流管道的动态分析

分析计算载流管道在外部激振力和流体激励下的动态响应，比较在不同激振力频率和不同管内流速情况下的管道动态响应，根据舰船管道的实际情况，在载流管系的动态响应分析中引入基础振动的影响。     

基于Winding number积分方法求解输流管特征方程

Winding number积分方法是一种用于求解复特征值问题的有效方法。在用传递矩阵法分析输流管道的稳定性时,最终需要求解临界流速的特征方程。该特征方程属于复特征值问题,可应用Winding number积分方法来很好的处理。本文以输流直管为例,阐述了该方法的基本思想和计算的方法及步骤,并对典型边界条件下的特征方程进行求解,验证了Winding number积分方法在求解复数方程根时的有效性。最后,在此基础上研究了弹性支撑的刚度系数对输流管道稳定性的影响。     

可压缩流体引起输液圆柱壳的振动及稳定性

本文研究了可压缩流体引起输液管道的振动及稳定性,考虑了流体速度对耦合系统特征值的影响,并利用Ｔｈｏｍｓｏｎ函数对复宗量的Ｂｅｓｓｅｌ方程进行了求解。计算结果表明：流速使特征频率下降,当流速达到某一临界值时,存在一个不稳定区、在该区域内两种失稳的可能性都存在;对于工程中的实际问题,流速较低,系统不会发生颤振,同时流速对管道振动特征值的影响可以忽略。     

内流对两端铰支水下输油管线管壁应力影响的数值分析

针对两端铰支水下输油管道,分别采用三维弹性动力学方程和N-S方程模拟管道与内部流体;借助ADINA有限元计算软件,管线采用壳模型四边形9节点单元离散,内部流体采用四面体4节点单元离散,通过在流固边界上反复迭代,实现管线及内部流体系统的三维流固耦合计算.管线外部环境条件考虑了管线外壁水压力的分布.依据数值计算得到的管线耦合系统的固有频率与HOUSNER方程的理论解的比较,探讨了不同内流流速对不同跨长管线管壁应力的影响,以及考虑管线外壁水压力作用的计算结果与通常假定管线在空气中的计算结果的差别.     

基于Fluent的输液管路压力波动仿真

流体压力波动是管道系统产生异常振动与噪声的主要根源之一。为了研究输液管道不同工况下的压力波动特性,利用计算流体动力学软件Fluent,对其内部流场进行三维非定常数值模拟,并分析在不同转速和背压工况下管路不同位置的压力波动特性。通过数值分析发现:管内流体的压力波动主要是由泵的周期性吸排作用引起,而且随着输液泵转速的增加而增加;管道不同位置的压力波动大小不同,在弯管密集处压力波动相对较大。最后利用实验验证了仿真模型的有效性。本文对于管路设计和振动治理有一定指导作用。     

流体管道流固耦合14方程频域传递矩阵法

考虑流体管道的体积力以及流体的横向惯量,忽略管道和流体之间的摩擦效应,导出流体管道流固耦合的14方程模型.利用拉氏变换,把时域方程变换到频域,对频域模型进行推导,方程化为12个一元四阶常微分和2个一元二阶常微分,变换后的方程可以直接进行求解,得到简单直管的频域解析解.把管道始末端的坐标代入解析解,可得到管道始末端的关系,结合结点平衡条件,推导出多管段的频域传递矩阵法.对算例进行仿真计算和分析,并用实验结果来验证计算结果,验证模型和方法的正确性.     

流体域特性对流固耦合振动计算的影响

船舶结构的水下振动预报一直受到广泛的重视,计算机技术的发展使得有限元法成为求解复杂船舶结构流振耦合振动的有效方法。本文基于船体结构与周围流体介质的耦合作用建立典型圆柱壳流固耦合振动计算的有限元模型,重点分析流体域边界处理方式、流体域形状、流体域范围对耦合振动计算结果的影响,提出合理的流体域建模方法。同时分析流体网格控制方式对于耦合振动计算的影响,为水下结构物耦合振动分析提供参考。     

纵振动对声传输测量带来的干扰及其避免方法

弹性充液管道在一端固定,另一端受到谐和力作用时自身会产生稳态纵振动。相比于管道自身模态的谐振,弹性管道稳态纵振动的幅度更大,对于声场的影响也更大。对于管道稳态纵振动的研究可以更好地说明充液管道对管口辐射声场的影响。通过等效梁模型的解析计算及与实验结果的对比,验证了等效梁模型用于计算管道稳态纵振动的正确性,同时,提出一种用于隔离管道纵振动的方法,并通过实验验证了其有效性。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的"湿模态"。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体-固体有限元组成的杂交子结构模型基础上.对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构的两种模态——模综超元法中的动力变换模态和Craig的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义坐标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得两种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及Craig法的阶数完全相同,大大减少了计算机时。 通过曲弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与P.C.Chowdhury用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。     

海底悬跨管道在内流影响下的动力响应研究

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分.如何保障海底管道的安全是设计和研究人员十分关心的问题之一.本文结合工程实际情况,应用有限元数值模型的耦合计算探讨了内流对海底悬跨管道动力响应的影响.针对水平输油悬跨管道,采用三维弹性动力学方程模拟管道,内部流体采用层流模型.通过在流固边界上反复迭代,进行管道及其内部流体系统的三维流固全耦合计算,得到管流耦合系统的固有频率,并与其它频率计算方法的计算结果进行了比较.同时对冲击载荷和波浪载荷作用下,不同流速内流对海底管道动力响应的影响进行了计算和比较分析.     

功能梯度复合材料充液弯管/直管的振动特性分析

船舶海洋工程中常用的金属管道易腐蚀,维护成本高,声学阻尼性能差。功能梯度材料（FGM）是一种具有极强可设计性的新型复合材料,其材料属性随着空间位置的连续变化而变化。本文研究材料属性沿壁厚方向呈连续梯度变化的充液管道振动特性,以此分析功能梯度材料的应用前景。首先,沿壁厚方向将非均匀材料离散为若干层均匀材料,其次,基于管道的Timoshenko梁模型和流体方程建立功能梯度充液弯管或直管的耦合振动方程,最后研究高精度、高效率的动刚度法在组装充液管道单元上的应用,并讨论梯度指数对管道动态特性的影响。     

船舶输水管系统振动特性试验研究

针对船舶输水管道系统振动问题进行研究,建立了实验模型,研究了管道振动机理,分析了影响管道振动的因素,运用有限元分析技术对管系进行了模态分析,利用传递矩阵法,计算出流体在管道中的共振频率,对实验管道系统进行了压力、振动测量,得出其功率谱图,并对管道系统的振动、压力脉动信号进行了检测处理,分析管道振动的原因。应用分析的结果指导船舶管系优化设计,给出设计管系的合理步骤和方案。主要考虑各段管道的长度、弯头角度、不同支承条件、液体压力等因素对管道振动的影响;同时分析各种防振、减振措施。     

充液管道轴对称波的传播与衰减分析

在很多工程状况下,特别是船舶和海洋工程领域,管道的振动、噪声和疲劳失效是极其严重的问题。文章对充液管道的轴对称波的传播与衰减进行了解析研究。首先推导了周向模态n=0的管道轴对称振动方程,然后分别得到s=1流体波和s=2壳体波的波数表达式。接着,对波数以及管道和流体的阻抗进行了数值计算和讨论。结果发现,在这种模态下,波的传播与衰减随频率变化(频散特性),与壳体厚径比和流体密度密切相关。事实证明,这种耦合振动分析方法是简洁有效的。