RESEARCH ON SOLID-LIQUID COUPLING DYNAMICSOF PIPE CONVEYING FLUID

On the basis of Hamilton principle. the equation of sonlid-liquid coupling vibration of pipe conveying fluid is deduced. An asymmetrical sonlid-liquid coupling damp matrix and a symmetrical solid-liquid coupling Stiffness matrix are obtained. Using QR method , pipe’s nature frequencies are calculated. The curves of the first four orders of natural frequency-flow velocity of pipe waw given .The influence of flowing velocity ,pressure, solid-liquid coupling damp and solid-liquid coupling stiffness on natural frequency are discussed respectively.The dynamic respondence of the pipes for stepload with different flow velocity are calculated by Newmark method .It is found that,with the flow velocity increased, the nature frequency of the pipes reduced, increased,reduced again and so on.

变约束参数T型液压管路振动特性分析

基于脉动流体的双向流固耦合对变约束参数T型输流管道的振动特性进行分析。验证考虑分支管道局部区域壁厚的必要性。研究管径、流体压力、管道支承刚度和入口条件类型对流体与管道振动响应的影响规律。结果表明:在一定参数范围内,管径越大,管道响应越剧烈;流体压力越高,管道越快达到稳定状态,且响应幅值较小;单入口情况下管道参数响应数值差异明显大于双入口;管道支承刚度越小,振动响应越明显且振动状态持续时间越长。多种工况下T型管路的振动响应规律可为液压管路布局或参数选择提供参考。

周期性管柱信道声传输特性的有限元仿真分析

在石油钻井过程中,井下信息的获取与实时传输对准确评价地层、油藏描述及开发等过程具有重要的意义。井下声波传输方式是井下信息传输的主要方法之一,其利用井下固有的管柱信道作为信息传输的载体,具有传输速率高和适应性好的优点。以有限元方法为基础,利用有限元仿真软件COMSOL建立二维轴对称管柱模型。对周期性管柱信道的声波传输特性(时域和频域)进行分析,研究套管与接箍交界处声阻抗突变、钻井液黏滞阻尼损耗和管柱结构阻尼损耗对声波传输特性的影响规律。结果表明:有限元方法可以获得通阻带交替的梳状滤波器频谱结构;钻井液的黏滞耦合会降低声波信号的能量,且随着声波频率变高,通带内幅值衰减变大;管柱结构阻尼会使得通带内的能量随着声波传输距离增加而降低。开展了周期性管柱信道的声波传输特性现场测试实验,验证了仿真结果具有较高的准确性,可以为声波遥传系统的设计开发奠定基础。

输流圆管非线性弯曲的有限元分析

基于Timoshenko梁模型,应用有限元法研究输流管道系统在横向力作用下的非线性弯曲问题.利用虚功原理建立水平布置输流管道系统非线性有限元方程,应用直接迭代法求解方程,得到两种典型边界条件下管道的横向挠度及其截面转角,考察流体离心力对管道弯曲的影响.分析管道跨度对最大挠度的影响.结果表明,固支边界条件下,流体速度增大则管道弯曲变形增大;悬臂条件下,流体速度增大使得管道弯曲变形减小.

液体输送管道固液耦合振动的有限元分析

针对在工程中常见的液体输送管道 ,根据Hamilton原理 ,使用有限元法推导了管道的固液耦合振动方程。通过求解振动方程组的特征值得到管道的固有频率及临界流速 ,并讨论了液体的流速、压力变化对管道固有频率的影响。计算结果表明 ,管道的固有频率随流速的增大而降低 ,当流速等于或大于临界流速时 ,管道将发生静力失稳。

分析输液曲管振动和稳定性的有限元法

考虑流体与曲管的相互作用 ,利用虚功原理导出了输液曲管振动问题的有限元格式。为了提高精度 ,文中还提出了一个具有 7自由度的特殊曲管元。对于自激振动问题 ,通过特征值求解 ,求出了输液曲管发生颤振失稳时的临界流速。对于动力响应问题 ,通过引入伴随系统实现方程的解耦 ,可把输液曲管这类非经典系统化成单自由度问题求解。

输送流体管道的固—液耦合动力学研究

根据Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导输送流体管道固—液耦合振动方程，得到反对称的固—液耦合阻尼矩阵和对称的固—液耦合刚度矩阵；用ＱＲ法计算管道固有频率，给出了管道前４阶固有频率—流速曲线；讨论了流体的流速、压强变化以及固—液耦合阻尼和固—液耦合刚度对管道固有频率的影响；用Ｎｅｗｍａｒｋ法计算不同流速时管道对阶跃载荷的动力响应；发现了各阶固有频率都有随流速的提高而降低、再提高、再降低的周而复始现象·

输液管道的振动分析

针对80MN快锻压机管系振动问题,分析了压力管道振动原因,采用有限元方法,重点对快锻时与执行元件侧缸相连的两端固支的高压管段进行了模态分析与谐响应分析。为避免管道结构共振,分析了增加管夹支承及改变管夹位置对管道振动频率的影响。结果表明,在变形较大的部位增加支撑后,管道的固有频率会增大。考虑存在预应力管道的模态分析,得出预应力的存在会使管道固有振动频率略微增加。对高压管道进行了流场分析,得到了流体速度、压力在管道中的分布规律。对管道进行单向流固耦合作用下动力学分析,由管道的应力、应变云图得到管道动态力作用力的危险部位。分析结果对快锻压机管道结构设计具有一定理论与实践意义。

垂直提升管道输送过程流固耦合分析

以垂直提升管道的下管道支撑点为研究对象,用有限元方法对固液两相流输送过程中的流固耦合作用进行应力与位移计算。建立了管道和流体有限元模型,利用ADINA-FSI流固耦合模块进行求解;针对不同启动时间、不同约束条件、不同输送浓度、不同输送速度工况下管道铰接点的应力和位移进行分析。结果表明:随着两相流输送浓度和速度的增加,管道应力和位移也相应地增加;启动时间越短,管道应力和位移也越大;柔性连接时管道铰接点应力和位移远大于固接时的应力和位移。

输流弯管流固耦合振动有限元分析

为了研究流体流经弯管时管道力学性能的变化情况,以流固耦合振动理论为基础,建立输流弯管有限元模型,利用ANSYS Workbench得到流体作用下管道的应力和变形,并分析了不同流体脉动频率对管道振幅的影响。结果表明:当流体流经弯管时,最大等效应力出现在管道入口上端和出口左端,最大变形出现在管道弯曲段;考虑单向流固耦合作用时管道应力与形变分析结果小于考虑双向流固耦合作用时的分析结果;输流弯管的主要振动形式为横向振动;流速一定时,流体的脉动频率与弯管的固有频率越接近,弯管的振幅越大。

输液管道动力特性与动力稳定性的有限元分析

1 引言输液管道动力特性和动力稳定性问题在近30年来受到高度重视,主要是因为它具有广泛的应用价值:如石油管道、热交换器和核反应堆冷却管等;同时这个问题本身也是应用力学中一个引人注目的基本问题.采用有限元法分析输液管道动力特性时,得到的特征方程中的矩阵一般是非对称的,难以求解;或者是由于特征方程中矩阵元素量级相差太大,易出现病态情形.本文很好地处理了这类特征值问题.2

输液管道流固耦合的响应分析

采用结构有限元方法和流体CFD方法,研究变化流速下结构和流体的瞬态响应,实现管道与流体间的双向耦合,并得到管道位移、水动压力的时间历程曲线。通过MATLAB频域转换得到了结构和流体的响应频率。

冲击荷载下输液管道动响应分析的谱单元方法

建立了基于Timoshenko梁的管道轴向流致振动模型,采用谱单元方法分析了管道的动响应。借助离散傅里叶变换,将时域控制方程转换为频域形式,结合有限元法获得了与频率相关的谱单元矩阵,进而发展出分析管道在冲击荷载作用下的动响应计算方法。通过管道固有频率和Timoshenko梁动响应的对比计算,验证了该方法的有效性。最后,采用谱单元法计算了管道在不同流速、不同瞬态荷载作用下的动响应。结果显示,谱单元法并且只需两个单元就可以分析管道的动响应并且具有很高精度。

压力管道流固耦合振动特性分析

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动。因此,在研究压力管道的动态特性时,应考虑管内流体对管道结构动态特性的影响。本文以某动力系统空间管路为研究对象,采用Galerkin法对导管-流体组成的耦合系统进行有限元离散,建立耦合系统控制方程。在此基础上,用考虑初应力刚度的有限元法,对导管充压前、后的振动特性进行了数值计算,详细分析了流固耦合作用对导管结构振动特性的影响,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,流固耦合作用对导管模态振型的影响很小,但对导管各阶固有频率有不同程度的影响。

输液管道流固耦合有限元分析

输液管道问题普遍存在于工程实践中,对管道的振动进行计算分析时,需要考虑输送液体与管道的相互作用。文中使用有限元软件ANSYS和流体动力学软件CFX,建立输液管道三维模型,通过两个软件之间的数据交换,进行流固耦合分析。分析斜坡流速冲击下的输液管道的振动特性,并计算半正弦波脉冲下的振动响应。计算管道的前十阶固有频率,发现当脉冲频率接近管道固有频率时会产生拍振现象。

管道振动引起辐射噪声场的有限元分析

对于管束振动引起的辐射声场的分析,利用解析法较为困难．运用有限元分析法对管道耦合振动噪声进行了比较系统的分析,得到一系列有益结果,为振动噪声控制提供了理论依据．

水下生产设施用高压试压管帽设计和有限元分析

番禺35-1/2水下生产设施项目是中国首次全面采用水下生产系统的项目,在水下生产设施管线终端和在线管汇建造完成之后,要进行流体管线的水压试验及水下阀门单侧压差试验,试验时需将水下生产设施流体管端部封堵。由于试验压力比较高(46.5 MPa),且管线为全焊接无法兰连接,故需设计专用非标高压试压管帽。而流体管线设计标准采用的是ASME 31.8—2010《Gas Transmission and Distribution Piping System》,非标设计采用标准一般为ASMEⅧ第二册—2011《压力容器建造另一规则》或JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》,因此需要对试压管帽的设计和分析方法进行研究,保证设计的合理性。基于JB 4732—1995,对端部外径为273mm的试压管帽进行了设计、有限元分析和计算验证,得到了合理的计算和有限元分析方法,设计制造的试压管帽成功应用于项目测试中。

基于散体介质理论的砂土管涌机制研究

结合小比尺细观模型试验,利用基于散体介质理论的颗粒流方法,考虑流固耦合作用,对砂土管涌的发生发展过程进行模拟。模拟方案跟踪记录管涌发展过程中砂样的孔隙率、流速、颗粒接触数、移动轨迹和流失量等参量的动态变化过程。分析结果表明:管涌发展过程中,随着水头增加,颗粒逐渐流失,砂样孔隙率增大,透水性能发生变化,进而影响系统的流速和水头的反应,揭示管涌发展过程中系统几何特性和水力特性的非线性动态变化过程和相互影响特性;颗粒流失量沿渗流方向呈逐渐减小趋势,管涌发展过程中颗粒移动轨迹随机,渗漏通道形成也具随机性,是复杂水土相互作用的结果。颗粒间接触数的剧烈波动揭示管涌发展过程中细颗粒运动剧烈,与粗骨架颗粒进行不断碰撞、分开,而颗粒的流失基本上不影响整个土体的应力场。模拟结果与有关的模型试验结果较吻合,一定程度上验证了该数值方法应用于大变形和流固耦合问题研究的可行性和合理性,所揭示的结果有益于砂土管涌机制的更深入研究。

任意挠曲输液管道瞬时变分原理

给出了弹性系统瞬时势能泛函的一般表达式，得到了其关于任意挠曲输液管道的具体表达式。根据瞬时最小势能原理建立了该结构的有限元动力方程，并首次推导出其离心力载荷公式。讨论了管道结构静平衡位置和发散流速的确定。最后，用简单的实验结果对理论分析作了验证。

深海采矿扬矿软管流固耦合力学分析

采用三维流固耦合有限元模型,研究在复杂深海工况下扬矿软管的初始平衡构形、空间位移、主应力等特性,探讨外部海流速度内部矿物流体的提升速度、屈服应力、粘性系数以及软管的弹性模量等因素的影响。计算结果表明:随着集矿机向中间仓水平移动距离的增加,软管弯曲变形和侧向位移均增加;当流体的提升速度vi较低(vi≤4m/s)时,软管最大侧向位移Ymax与最大主应力σ1随vi的增大增幅均较小;当vi较高(vi>4m/s)时,Ymax与σ1均随vi急剧增加;软管Ymax与σ1均随着流体屈服应力τ0的增加而增加,随着流体粘性系数μ和软管弹性模量E的增加反而减少;为确保管道系统的安全稳定,提高深海采矿效率,建议控制集矿机的工作行程(如100m以内)和矿物流提升速度(如2.5～4m/s),并采用有效的集矿方式(如延长集矿机内矿物破碎和脱泥时间、降低矿物粒径及矿物流浓度、减少泥沙含量等)以降低τ0和增大μ,同时选用弹性模量适中的软管材料。