输流管道流固耦合振动特性分析与控制
发布时间：2021-05-05 18:18
输流管道被应用于生产、生活的方方面面,对人们高质量的生产、生活有非常重要的意义。由于对输流管道振动特性研究不足和了解不多,往往会导致输流管道振动破坏事故的发生,所以,对输流管道动力学振动特性分析,并对管道进行有效的振动控制至关重要的。作者采用流固耦合理论和方法对输流直管和不同弯度输流弯管的振动特性进行了对比研究,并分别对直管和弯管弯道进行了约束振动控制研究。分析了管道在一定压力脉动下的瞬态位移和应力响应。主要研究内容和结论如下:（1）基于单向流固耦合,对输流直管进行预应力的模态分析,研究管道壁厚、管长、流速和压力对直管固有频率和振型的影响。根据模态分析结果,对直管进行预应力的谐响应分析,对比各阶振幅大小。最后对直管进行约束振动控制分析。结果表明:薄壁管道更容易发生收缩振动,在实际应用中应适当增加管壁厚度,以提高管道系统的稳定性;随着管长的增加,输流直管的固有频率下降很多,更容易被激励发生共振,在工程中对于长管道系统应考虑适当增加约束,以免发生共振;在常压和中压下可以不考虑流固耦合作用压力对输流直管固有频率的影响;流体流速对管道固有频率的影响非常小,可以忽略;输流直管一阶、二阶摆动振动振...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 流固耦合作用机理
1.2.2 管道流固耦合振动研究现状
1.2.3 输流管路流固耦合振动分析方法
1.2.4 输流管道流固耦合振动数值模拟研究现状
1.3 主要研究内容
2 输流管道流固耦合振动特性分析理论基础
2.1 流体控制方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量守恒方程
2.1.3 湍流的数值模拟方法
2.2 固体控制方程
2.2.1 自由模态分析
2.2.2 有预应力的模态分析
2.2.3 谐响应分析
2.3 流固界面控制方程
2.4 ANSYS流固耦合分析分类
2.4.1 单向流固耦合分析
2.4.2 双向流固耦合分析
2.5 本章小结
3 输流管道的流固耦合分析流程
3.1 ANSYS Workbench简介
3.2 ANSYS Workbench单向流固耦合仿真设计步骤
3.2.1 单向流固耦合系统建立
3.2.2 几何模型建立
3.2.3 划分计算网格
3.2.4 流体域边界条件及固体域载荷和约束施加
3.3 ANSYS Workbench双向流固耦合仿真设计步骤
3.3.1 双向流固耦合系统建立
3.3.2 压力脉动入口边界条件设定
3.4 本章小结
4 直管流固耦合振动特性分析及振动控制
4.1 管道结构对直管振动特性影响
4.1.1 管道厚度对输流直管振动特性影响
4.1.2 管道长度对输流直管振动特性影响
4.2 流体参数对直管振动特性影响
4.2.1 入口压力对输流直管振动特性影响
4.2.2 入口流速对输流直管振动特性影响
4.3 输流直管谐响应分析
4.4 输流直管支撑优化振动控制
4.4.1 入口固定约束
4.4.2 入口固定约束+出口各个方向约束或出口固定约束
4.4.3 入口固定约束+出口固定约束+中间约束
4.5 本章小结
5 不同弯度弯管流固耦合静力学分析
5.1 不同角度弯管模型建立
5.2 流固耦合界面压力传递
5.3 弯管流固耦合静力学分析
5.3.1 不同弯度弯管流固耦合静力学变形
5.3.2 π/4弯度弯管进口、出口和弯道处流固耦合静应力
5.3.3 不同弯度弯管进口处流固耦合静应力
5.3.4 不同弯度弯管出口处流固耦合静应力
5.4 本章小结
6 弯管流固耦合振动特性分析及振动控制
6.1 同长度直管和π/4弯管流固耦合模态分析
6.2 不同弯度弯管流固耦合模态分析
6.3 输流弯管谐响应分析
6.4 输流弯管支撑优化振动控制
6.5 本章小结
7 输流管道双向流固耦合瞬态特性分析
7.1 管道入口压力脉动施加
7.2 管道瞬态振动位移
7.2.1 弯管瞬态振动位移
7.2.2 弯管振动位移频域分析
7.2.3 直管瞬态振动位移
7.3 管道瞬态振动应力
7.3.1 弯管瞬态振动应力
7.3.2 直管瞬态振动应力
7.4 本章小结
8 总结与展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
致谢
本文编号：3170358
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 流固耦合作用机理
1.2.2 管道流固耦合振动研究现状
1.2.3 输流管路流固耦合振动分析方法
1.2.4 输流管道流固耦合振动数值模拟研究现状
1.3 主要研究内容
2 输流管道流固耦合振动特性分析理论基础
2.1 流体控制方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量守恒方程
2.1.3 湍流的数值模拟方法
2.2 固体控制方程
2.2.1 自由模态分析
2.2.2 有预应力的模态分析
2.2.3 谐响应分析
2.3 流固界面控制方程
2.4 ANSYS流固耦合分析分类
2.4.1 单向流固耦合分析
2.4.2 双向流固耦合分析
2.5 本章小结
3 输流管道的流固耦合分析流程
3.1 ANSYS Workbench简介
3.2 ANSYS Workbench单向流固耦合仿真设计步骤
3.2.1 单向流固耦合系统建立
3.2.2 几何模型建立
3.2.3 划分计算网格
3.2.4 流体域边界条件及固体域载荷和约束施加
3.3 ANSYS Workbench双向流固耦合仿真设计步骤
3.3.1 双向流固耦合系统建立
3.3.2 压力脉动入口边界条件设定
3.4 本章小结
4 直管流固耦合振动特性分析及振动控制
4.1 管道结构对直管振动特性影响
4.1.1 管道厚度对输流直管振动特性影响
4.1.2 管道长度对输流直管振动特性影响
4.2 流体参数对直管振动特性影响
4.2.1 入口压力对输流直管振动特性影响
4.2.2 入口流速对输流直管振动特性影响
4.3 输流直管谐响应分析
4.4 输流直管支撑优化振动控制
4.4.1 入口固定约束
4.4.2 入口固定约束+出口各个方向约束或出口固定约束
4.4.3 入口固定约束+出口固定约束+中间约束
4.5 本章小结
5 不同弯度弯管流固耦合静力学分析
5.1 不同角度弯管模型建立
5.2 流固耦合界面压力传递
5.3 弯管流固耦合静力学分析
5.3.1 不同弯度弯管流固耦合静力学变形
5.3.2 π/4弯度弯管进口、出口和弯道处流固耦合静应力
5.3.3 不同弯度弯管进口处流固耦合静应力
5.3.4 不同弯度弯管出口处流固耦合静应力
5.4 本章小结
6 弯管流固耦合振动特性分析及振动控制
6.1 同长度直管和π/4弯管流固耦合模态分析
6.2 不同弯度弯管流固耦合模态分析
6.3 输流弯管谐响应分析
6.4 输流弯管支撑优化振动控制
6.5 本章小结
7 输流管道双向流固耦合瞬态特性分析
7.1 管道入口压力脉动施加
7.2 管道瞬态振动位移
7.2.1 弯管瞬态振动位移
7.2.2 弯管振动位移频域分析
7.2.3 直管瞬态振动位移
7.3 管道瞬态振动应力
7.3.1 弯管瞬态振动应力
7.3.2 直管瞬态振动应力
7.4 本章小结
8 总结与展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
致谢
本文编号：3170358
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