两端固支输流管道流固耦合振动的稳定性分析

流固耦合现象的力学分析流固耦合现象是指在流体与固体互相作用下产生的力学现象。

它在许多实际问题中都扮演着重要的角色，例如河流冲刷、风力发电机叶片受到的风压力、飞机机翼与空气的相互作用等。

在物理学中，我们可以通过一系列定律来分析流固耦合现象，并通过实验来验证我们的理论。

首先，流固耦合现象的分析离不开连续介质力学定律。

连续介质力学是物质运动的宏观力学理论，它假设物质是连续的，并考虑了宏观尺度上的平均效应。

其中最基本的定律是质量守恒定律和动量守恒定律。

质量守恒定律指出，在任何物理过程中，质量是守恒的。

具体到流固耦合现象中，我们可以通过实验来验证这一定律。

例如，我们可以设计一个容器，将含有某种流体的管道与固体结构相连接。

通过流体在管道中的流动，我们可以测量流体的质量，并与实验前后的质量进行比较。

如果质量守恒定律正确，那么我们应该得到相同的结果。

动量守恒定律则描述了物体上力的作用和物体运动之间的关系。

在流固耦合现象中，我们需要考虑流体和固体之间的相互作用力。

在实验中，我们可以通过建立一个闭合系统来验证动量守恒定律。

具体来说，我们可以设计一个装置，其中一个部分是由流体构成的，另一个部分是由固体构成的。

通过观察流体和固体之间的相互作用力，我们可以验证动量守恒定律是否成立。

除了连续介质力学定律，流固耦合现象的分析还需要考虑流体力学和固体力学的相关定律。

在流体力学中，纳维-斯托克斯方程是最基本的定律之一。

该方程描述了流体在不同条件下的运动。

我们可以通过使用带有适当边界条件的纳维-斯托克斯方程来分析流固耦合现象。

例如，我们可以考虑一个水流经过一个固体结构的情况。

我们可以通过实验来观察水流的流速和固体结构上的压力分布，并将这些观察结果与纳维-斯托克斯方程的解进行比较，以验证该定律的准确性。

在固体力学中，弹性力学定律是重要的分析工具。

弹性力学定律描述了固体在受到外力作用下的变形行为。

对于流固耦合现象，我们需要考虑固体结构受到流体力作用引起的变形。

管道系统的流固耦合振动分析与振动控制管道系统中的流固耦合振动是一种常见的动力学现象，对于系统的安全性和可靠性具有重要影响。

因此，对管道系统的流固耦合振动进行分析和控制是非常必要的。

本文将介绍管道系统的流固耦合振动的基本原理、分析方法和振动控制技术，并分析其在实际应用中的一些问题和挑战。

一、流固耦合振动的基本原理管道系统的流固耦合振动是指在流体通过管道时，由于流体与管道壁之间的相互作用，产生的流固耦合振动。

其基本原理可以通过流体力学和结构力学的分析来解释。

在流体力学方面，流体在管道中流动时会产生压力波动，这些波动会传播到整个管道系统中，引起管道壁的振动。

而在结构力学方面，管道壁的振动会引起流体内部的压力波动，形成一个闭环的流固耦合振动系统。

二、流固耦合振动的分析方法为了对管道系统的流固耦合振动进行准确的分析，可以采用两种主要的方法：数值模拟和实验测试。

1. 数值模拟方法数值模拟方法是通过数学建模和计算机仿真来模拟管道系统的流固耦合振动。

其中，计算流体力学（CFD）方法可以用来模拟流体流动，有限元法（FEM）可用于模拟管道振动。

通过将这两种方法耦合起来，可以得到较为准确的流固耦合振动特性。

2. 实验测试方法实验测试方法是通过搭建实验平台来进行流固耦合振动的测试。

通过在实验平台上设置不同的工况和参数，可以获取管道系统的振动响应。

常用的测试方法包括压力传感器、加速度传感器等。

通过实验测试，可以获取系统的振动特性，并验证数值模拟结果的准确性。

三、振动控制技术为了降低管道系统的流固耦合振动，需要采取一些有效的控制手段。

目前常用的振动控制技术有两种：被动控制和主动控制。

1. 被动控制技术被动控制技术主要包括减振器和阻尼材料的应用。

减振器可以通过改变系统的固有频率或阻尼特性来吸收振动能量，从而减小振动幅值。

阻尼材料可以通过吸收或传导振动能量来减小系统的振动响应。

2. 主动控制技术主动控制技术则是通过在系统中添加控制器和执行器来主动调节系统的振动响应。

第14卷　第3期应用力学学报V o l.14　N o.3 1997年9月CH INESE JOURNAL OF APPL IED M ECHAN I CS Sep.1997管道及管路系统流固耦合振动问题的研究动态α李　琳　喻立凡(北京航空航天大学　北京　100083)摘 要对管道及管路系统流固耦合振动问题在近二十年来的进展作了综述。

根据问题特点,将本课题分为三个分支,即从紊流到振动噪声源的研究,流2弹耦合振动的研究和声2弹耦合振动的研究。

在分别总结这三个分支的研究成果的同时指出了尚需进一步研究的某些问题。

关键词:流固耦合;管路系统;振动噪声1　引　言管路系统流固耦合振动问题有着广阔的工程背景,它的研究成果可直接应用于水利电力、机械、化工、航空航天以及核工程等各个领域。

同时在学术领域,它也是一个十分诱人的课题, Jou rnal of F lu ids and Structu res的创始人M.P.Paidou ssis称之为A M odel D ynam ical P rob2 lem[1]。

因为,它物理模型简单,描述它的数学方程容易简化,特别是管路系统容易实现,这给理论研究与实验研究协同并进提供了极大的方便。

此外,管道虽然是最简单的流固耦合系统,但它却涉及了流固耦合力学中的大多数问题,而且由于它结构的简单性还使得学者们可以分别(或侧重)研究流体的某一特性(如可压性、粘性、流速)对系统的影响。

七十年代以来,管道及管路系统流固耦合的振动问题有了长足进展。

随着问题的深入,关于这方面的研究形成了三个分枝:——研究内流诱发管系振动及噪声幅射机理;——研究具有定常流速的不可压缩流体与管道弯曲振动的耦合以及在此流速下的管道稳定性分析;管道与不可压缩流体的耦合振动可称为液2弹耦合振动。

——研究可压流体中的声波与管道振动的耦合,这种耦合振动可称为声2弹耦合振动。

α来稿日期:1995211230本文将按此三个分支简述课题的进展状况。

管道输送系统流固耦合振动与疲劳优化设计管道输送系统在工业生产中扮演着重要的角色，而其振动与疲劳问题一直是工程师们需要解决的关键难题。

本文将探讨管道输送系统流固耦合振动与疲劳的优化设计方法。

1. 引言在工业生产中，管道输送系统被广泛应用于油气、化工、电力等领域。

然而，由于其长期受到流体的冲击和振动的影响，管道系统易发生疲劳破坏，给工程安全与持久性带来严重挑战。

因此，优化设计管道输送系统以提高其抗振性能和延长使用寿命显得十分必要。

2. 管道振动和疲劳机理管道输送系统的振动问题主要源于流体的激励和结构的响应之间的相互作用。

当流体通过管道时会产生压力脉动和涡旋脉动，从而诱发管道振动。

这种振动会导致管道结构的应力集中和疲劳破坏。

3. 流固耦合振动优化设计方法为了解决流固耦合振动问题，以下是一些优化设计方法的介绍。

3.1 管道系统分析在进行优化设计之前，首先需要对管道系统进行全面的分析。

通过对管道结构的材料、几何形状、载荷等进行详细的研究，可以确定管道系统振动与疲劳问题的根源。

3.2 流体力学分析流体力学分析是优化设计的重要环节。

通过数值模拟和实验测试手段，可以获得流体在管道中的速度、压力、湍流等重要参数，为流固耦合振动分析提供基础数据。

3.3 结构力学分析结构力学分析是确定管道系统的响应和疲劳寿命的关键步骤。

通过建立管道结构的有限元模型，可以模拟其振动响应，利用应力和振幅来评估疲劳寿命，并对结构进行优化设计。

3.4 振动控制与缓冲为了减少管道系统的振动响应，可以采用各种振动控制技术，如活动支座、振动吸收器等。

此外，合理选择管道结构和材料，增加结构的柔性和强度，也可以有效降低振动的影响。

4. 疲劳优化设计方法管道系统的疲劳寿命也是需要优化设计的关键问题。

以下是一些常用的疲劳优化设计方法。

4.1 疲劳分析通过对管道系统的疲劳载荷进行分析，可以评估其疲劳寿命。

疲劳分析可以使用应力-寿命和应变-寿命曲线等方法，为优化设计提供依据。

A辑第15卷第3期 水动力学研究与进展 Ser.A,V ol.15,N o.3 2000年9月 JOU RN AL OF HYDRODYN AM ICS Sep.,2000文章编号:1000-4874(2000)03-0366-14输流管道流固耦合振动研究进展⒇张立翔1, 黄文虎1, A S TIJSSELIN G2(1.哈尔滨工业大学137信箱,黑龙江哈尔滨150001;2.E indhov en University of Technology,P.O.Box513,5600M B Eindhov en,NL) 摘　要:　管道在众多的工业领域中具有十分广泛的应用,发挥着极其重要的作用。

但管道在工作过程中由于流体流动状态的变化引起喘振,诱发出流体、管道间的耦合振动,其动力学行为十分复杂,一直受到学术界和工程界广大研究者的重视和研究。

本文对该领域线性和非线性研究内容及进展作了综述和讨论。

关　键　词:　管道;流固耦合;喘振;非线性振动中图分类号:　O353.1 文献标识码:A1　前言早在19世纪上叶,人们就已发现,在无限大流体中的声波传播的速度为:c0=Kd f(1) Helmholtz发现在有限体积内,流体波动速度比c0小。

对于不可压缩流体,Young[1]导出了考虑管壁弹性影响的压力波速为:c1=E Wd f D(2) 对于可压缩流体,Kortew eg[2]导出了考虑了流体可压缩性和管壁弹性对波动影响的波速公式为:1 c2f =1c20+1c21或c f=Kd f(1+DKE W)-1(3)式中,K为流体体积压缩模量;E为管道材料的弹性模量;D为管道直径;W为管壁壁厚。

仔细考察式(1)、(2)和(3)可发现:如果管壁是刚性的(E→∞)或者流体是可压缩的(E>>⒇收稿日期:　1999-09-25基金项目:　水利部重点水利科技基金资助项目(SZ9830);云南省自然科学基金资助项目(97E0003G);英国SERC资助项目(G R/J54857)作者简介:　张立翔(1959～),男,教授,博士,博导。

基于双向流固耦合方法的火箭发动机输流管路振动研究
苏勇;何江;张淼;宫武旗
【期刊名称】《振动工程学报》
【年(卷),期】2024(37)4
【摘要】火箭发动机的液氧煤油输送管路经常发生异常振动,严重威胁火箭发动机安全,处理不当将使火箭发射失败,造成巨大经济损失,因此必须对输送管路振动进行研究。

本文建立了包含波纹管、多段弯管及其他附属结构的高压输送管路三维模型,采用双向流固耦合方法,在外源压力脉动激励作用下,对管路进行了振动研究,并通过热试车试验验证了计算结果的有效性。

分析结果表明,同一频率下,振动加速度的幅值分布与流场压力幅值分布有明显的相关性,表明流体压力脉动是引起管道异常振动的根本原因,且随着平均压力的升高,管道的振动加剧。

可视化结果表明,管道振动剧烈位置主要集中在中间管道和波纹管处。

波纹管、弯管和支撑处的应力应变值较大,是容易发生结构失效的危险位置,应重点关注。

【总页数】12页(P717-728)
【作者】苏勇;何江;张淼;宫武旗
【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院;中国航天科技集团公司西安航天动力研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V475.1;O327
【相关文献】
1.基于 ANSYS Workbench 的输流管路流固耦合振动分析
2.基于单向求解、双向流固耦合的悬臂平板绕流涡激振动特性对比研究
3.基于双向流固耦合的输流圆管应力应变响应分析
4.基于流固双向耦合的轿车气动与流致振动特性
5.基于ANSYS Workbench的双向流固耦合振动仿真方法
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第5卷第2期船舶力学V ol.5N o.2 2001年4月Journal of Ship M echanics A pr.2001文章编号:1007-7294(2001)02-0082-09管道流固耦合振动及声传播的研究现状及展望刘忠族,孙玉东,吴有生(中国船舶科学研究中心,无锡214082)摘要:本文对管道振动及声传播领域的研究现状和水平分类作了比较全面的综述,并对今后开展潜艇管道振动、声传播及噪声控制的研究进行了展望。

关键词:管道系统;流固耦合作用;管道振动;声传播中图分类号:O353.1,O422文献标识码:A1引言管道振动、噪声及其控制技术的研究有着广泛的应用背景。

对于工程上的管道系统,其动力学及声学分析非常复杂,不同的流体与结构物理模型的组合可派生出不同的动力学问题。

管道系统涉及的问题很多,如水锤,流固耦合振动及稳定性,管道声传播等。

水锤直接影响到管道的安全性,同时也会激发管道系统振动。

当管内流体速度增加到某一临界值时,系统将发生失稳,这种失稳是有害的,它可以使管道系统的薄弱环节产生破坏;另外,颤振失稳也会辐射噪声。

管道振动及噪声研究领域有许多理论问题没有解决,例如:复杂空间管系振动传递特性分析,管道系统对激励的响应及衰减特性,液压系统的动态特性分析以及管道声传播及辐射特性等。

管道振动噪声研究具有重要的学术价值和工程意义。

2管道振动及声传播的研究现状2.1管道振动及噪声源的描述管道噪声的含义是:管壁结构的振动和管内流体中声波相互作用,并沿管壁和管内流体传播与辐射的过程。

作用于管道的激励有两种:力激励与声激励。

力激励主要是指泵作用于管壁与流体的动态力,声激励是指泵的水动力噪声与阀门等处的湍流噪声。

湍流噪声是由控制阀和流量调节器产生的,在控制阀和流量调节器处,通流面积突然缩小或扩大,由此产生湍流,在下游伴随着压力脉动。

这种脉动压力在流体中向下游传递,从而形成平面波而成为湍流噪声[1]。

对湍流噪声的机理已有许多研究。

摘要水下采油管道中一般为油、气、水混合的多相流动，气相和液相在流动过程中会逐渐混合，形成各种流型，由此引发管道振动。

管道的大幅振动，会造成管道的破坏，从而降低生产效率，严重时可能对环境产生不可预估的污染，因此对于多相流引起管道振动问题的研究是十分必要的。

本文从管道中输送单相流出发，通过Hamilton原理中的能量守恒，建立了考虑内压的，一端固支一端简支的输流管道流固耦合振动方程，并进行积分求解，得出了管道的一二阶固有频率及临界流速的表达式，并与DNV规范中的管道频率求解公式进行了对比，结果误差较小。

然后，通过Maple软件编程计算得出内流流速、内压与管道固有频率之间的关系。

发现随着内流速度的增大，管道振动固有频率逐渐减小。

随着管道内压的增大，管道振动固有频率也逐渐减小。

其次在单相流管道自由振动方程的基础上，运用两相滑速比概念，推导出一端简支一端固支的多相流管道自由振动方程。

并将外流场的作用简化为附加质量施加在管道上，对考虑附加质量及不考虑附加质量的固有频率结果进行对比，发现当考虑附连水质量之后，管道的固有振动频率变小。

之后，分别讨论了管道参数及流体参数对于频率的影响。

另外还进行了管道的振动模态分析，通过与公式计算结果进行对比，验证了推导公式的合理性。

最后利用ANSYS CFX模块进行复杂流型下管道流固耦合振动分析，通过设置不同的入口气液相条件，监测管道关键点的应力及位移变化，得出考虑流型变化情况下管道的振动规律。

关键词：倾斜管-立管；两相流；振动；流固耦合Research On The Internal Two-Phase Flow Induced Vibrations In Subsea Pipelines Based On The Fluid Structure InteractionMethodsABSTRACTIt’s usually multiphase flow mixed with oil, gas and water in subsea oil pipeline. When gas and fluid flow through the pipe and it will form various flow patterns gradually which will induce pipe vibration. The vibration of the pipe will cause the damage of the pipeline, thus reducing the efficiency of production. Most of worse, it will bring unpredictable pollution to the environment. In consideration of these, it’s highly important to do some research about the vibration induced by multiphase flow of subsea pipeline.This paper embarks from the transmission of single-phase flow in vertical tube. Based on the energy conservation of Hamilton’s principle, equation of fluid-structure coupling for vibration of the single-phase flow pipeline is established. After integral solution, expressions for natural frequency of the pipe and internal flow critical velocity are obtained. Compare the results from expressions to results from DNV guideline, there are few differences between these two. Then the relationship between internal flow velocity, internal pressure and pipeline natural frequency was calculated by using Maple software. It is found that the natural frequency of pipeline decreases with the increase of the internal flow velocity and pressure in the pipe.On the foundation of free vibration for single-phase flow pipeline, using the concept of two sliding speed ratio, in the simply supported end and another clamped end, deduces equation for vibration of multi-phase flow. Besides, the function of outer flow field is simplified as added mass. Then analyze the difference of natural frequency between considering the additional mass or not. It is found that natural vibration frequency of pipe becomes smaller when the outer flow field is considered. After that,the influence of parameters on the frequency is discussed respectively. In addition, the modal analysis of the pipeline is carried out, and the rationality of the derived formula is verified by comparing the calculated results with the formula.Finally, ANSYS/CFX module is used to analyze the vibration of pipeline under complex flow pattern. And by setting the different gas and liquid ratio, the changes of stress and displacement of key point are accessible to be monitored. Besides, the law of vibration for pipeline is also available.Key Words：Inclined Pipe-Riser；Two-Phase Flow；Vibration；FSI目录硕士专业学位论文独创性声明 (I)硕士专业学位论文版权使用授权书 (I)摘要 .......................................................................................................................... I I ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1流固耦合研究现状 (2)1.2.2多相流引起管道振动 (4)1.2.3立管振动有限元模拟分析研究发展 (5)1.3论文研究内容及创新点 (6)1.3.1论文研究内容 (6)1.3.2论文创新点 (6)第2章单相流作用下立管耦合振动 (8)2.1立管耦合振动方程 (8)2.2方程无量纲化 (9)2.3振动方程的求解 (9)2.4结果与分析 (11)2.4.1立管固有频率公式计算 (11)2.4.2内流流速对于管道振动固有频率影响 (12)2.4.3内压对于管道振动固有频率影响 (13)2.5本章小结 (13)第3章气液两相流管道振动方程 (15)3.1多相流理论及试验 (15)3.1.1两相流理论 (15)3.1.2多相流立管试验 (19)3.2气液两相流立管振动模型研究 (20)3.2.1立管两相流振动模型建立 (20)3.2.2运动方程求解 (21)3.3考虑附连水质量的两相流管道振动 (22)3.4管道参数对于管道振动影响 (24)3.4.1管道壁面厚度对于管道振动影响 (24)3.4.2管道的内径对于管道振动影响 (25)3.4.3管道材料的弹性模量对于管道振动影响 (26)3.4.4管道材料的密度对于管道振动影响 (26)3.4.5管长对于管道振动影响 (27)3.5两相流参数对于管道振动影响 (28)3.5.1气体密度对于管道振动影响 (28)3.5.2液相密度对于管道振动影响 (29)3.5.3液相速度对于管道振动影响 (29)3.5.4截面含气率对于管道振动影响 (30)3.6管道模态分析 (31)3.7本章小结 (32)第4章气液两相流管道振动数值分析 (34)4.1数值分析模型建立 (34)4.2有限元分析设置 (36)4.2.1湍流模型 (36)4.2.2参数分析 (38)4.3网格收敛性分析 (42)4.4气液两相流管道数值模拟 (44)4.4.1不同工况条件下管内气液相分布 (44)4.4.2不同入口压力下管道振动位移及受力情况 (48)4.4.3不同入口体积分数下管道振动位移及受力情况 (50)4.5本章小结 (55)第5章结论与展望 (56)5.1结论 (56)5.2论文展望 (56)参考文献 (58)致谢 (62)在学期间发表的学术论文及研究成果 (63)中国石油大学（北京）硕士专业学位论文第1章绪论1.1研究背景及意义能源掌握着国家发展的走向与趋势，随着近年来社会的快速发展，对能源的需求也在与日俱增，而陆地资源的开发殆尽，迫使油气开采向海洋迈进。

输流管道流固耦合振动研究于家付;马廷霞;钟魁;王海兰;朱亚明;赵潇【摘要】管道系统的流固耦合振动问题一直以来都被称为“典型的动力学问题”,由于载流管道模型比较简单,相对于其他结构体,输流管道系统更容易设计与制造,方便实验研究.阐述了管道振动系统,推导了振动方程,提出输流管道减振的措施.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(017)001【总页数】3页(P85-86,91)【关键词】管道系统;振动;减振【作者】于家付;马廷霞;钟魁;王海兰;朱亚明;赵潇【作者单位】西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500;中铁八局第二集团有限公司检测中心,成都610000;西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500【正文语种】中文【中图分类】O353.1管道是一种最常见的载流装置，输流管道目前已经广泛应用于船舶、航空航天、水利电力、石油能源工业、化学工业、海洋工程、核工业、生物工程、城市排水工程等等。

研究表明，输流管道内流体的速度超过某一临界值时，就会引起管道振动。

这种现象主要是由于流体作用力与输流管道弹性体的变形力相互耦合而产生的一种不稳定动态［1］。

这种不稳定状态可以导致管道薄弱处产生破坏，严重时会导致管道断裂，给工业造成巨大的经济损失和严重的事故。

管道系统对国民经济及人们的生活都起着十分重要的作用。

1 管道振动系统研究管道振动的研究由于其物理以及几何形状等条件的复杂性，引起了国内外学者浓厚的兴趣。

目前对流固耦合振动的研究领域分布比较广，主要领域有数学建模理论、振动特性、动力学特性分析、能连传递以及实验技术和响应预估等。

在管道振动研究的初期，往往容易忽略管壁与流体之间的耦合作用;而对于响应分析，又缺乏对流固双向耦合效应，先是流体的响应，然后作为激励，才得以计算出管道结构的响应［2］。

输液管道流固耦合振动的数值分析
杨超;范士娟
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2009(028)006
【摘要】采用特征线法对输液管道流固耦合振动问题进行了数值分析研究.数值分析采用14-方程模型,为了提高数值分析精度,对传统特征线法进行了改进;给出了时间步长Δt和管道分段数N的确定条件,提出了自适应网格加密的方法来修正空间步长Δz以便更好地捕捉边界处液体压力的波动.对一典型液压系统的耦合振动响应进行了数值仿真,数值结果与实验结果吻合较好,证明了该方法的正确性和有效性.【总页数】4页(P56-59)
【作者】杨超;范士娟
【作者单位】华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室,南
昌,330013;华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室,南昌,330013【正文语种】中文
【中图分类】O353.4
【相关文献】
1.变截面输液管道流固耦合振动特性研究 [J], 李宝辉;高行山;刘永寿;岳珠峰
2.流固耦合效应对输液管道的振动影响研究 [J], 杨大伟;谢敬华;田科
3.两端简支输液管道流固耦合振动分析 [J], 初飞雪
4.海浪冲击对Y形输液管道流固耦合振动的影响分析 [J], 李松波;周知进;熊雄;罗
先聪
5.输液管道流固耦合振动特性的理论分析与试验 [J], 王亚锋;周苏枫
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两端固支输流管道流固耦合振动的稳定性分析*李宝辉高行山刘永寿岳珠峰（西北工业大学工程力学系，西安710129）The stability analysis of liquid-filled pipes with fixed bearing at both ends under FSI vibrationLI Bao-hui ，GAO Hang-shan ，LIU Yong-shou ，YUE Zhu-feng （Northwestern Polytechnical University ，Xi ’an 710129，China ）文章编号：1001-3997（2010）02-0105-03【摘要】根据Hamilton 变分原理，建立了两端固支管道流固耦合振动的控制方程，用幂级数近似管道的振型函数，求得了方程的解析解，推导了管道固有频率、临界流速、临界压力的计算方法。

最后，应用本文推导的计算方法，对一段典型飞机发动机输油管道进行了计算分析，研究了前两阶固有频率，临界流速、临界压力与流体压力、流速、管道固支长度之间的关系。

关键词：流固耦合；临界流速；临界压力【Abstract 】It established the control equation of Fluid Structure Interaction （FSI ）vibration of liquid-filled pipes on the basis of Hamilton ’s variation principle.In the analysis ，the mode function was approxi －mated by positive series and obtained Explicit analytic solution.The formulas of the pipe natural frequen －cy ，critical flow velocity and critical pressure were derived.Finally ，a section oil-filled pipe of aircraft en －gine was analyzed using the proposed method.The relationship of the first two orders of natural frequency-flow velocity ，critical flow velocity-liquid pressure and critical pressure-flow velocity were studied.Key words ：Fluid-structure interaction ；Critical pressure ；Critical flow velocity中图分类号：TH16，O353.4文献标识码：A＊来稿日期：2009-04-08＊基金项目：国家高技术研究发展专项（863计划）资助项目（2007AA04Z404），国家自然科学基金（10472094），博士点基金（N6CJ0001）1引言输流管道在航空航天，石油化工，海洋工程，核工业等领域都有广泛的应用。

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析
李艳华;柳贡民;马俊
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2010(029)006
【摘要】研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算.对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解.然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性.最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析.结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强.
【总页数】5页(P50-53,124)
【作者】李艳华;柳贡民;马俊
【作者单位】哈尔滨工程大学,动力与能源工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,动力与能源工程学院,哈尔滨,150001;海军驻431厂军事代表室,葫芦岛,125004【正文语种】中文
【中图分类】O353
【相关文献】
1.考虑流固耦合作用的桥梁深水矩形空心高墩振动特性分析 [J], 邓育林;郭庆康;何雄君
2.考虑参数随机性的约束阻尼结构振动特性分析 [J], 郑成龙;张志勇;周长江
3.考虑流固耦合影响的水中桩基结构振动特性分析 [J], 王元战;王朝阳
4.考虑流固耦合作用的承船厢结构自振特性分析 [J], 郑恩东;李烨;吴俊东;朱召泉
5.考虑流固耦合的厚壁输水管水锤和振动特性分析 [J], 郭强;周建旭;黄亚;张健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

管道输送系统流固耦合振动与疲劳控制技术研究随着工业化的不断发展，管道输送系统在现代社会中扮演着重要的角色。

然而，由于流体在管道中的运动会产生振动，这对于管道本身以及系统的安全运行都带来了一定的风险。

为了解决这个问题，研究人员开展了流固耦合振动与疲劳控制技术的研究。

本文将着重探讨这一领域的研究进展和应用前景。

一、流固耦合振动机理研究在管道输送系统中，流体的运动会引起管道的振动，这种振动与管道的固有频率密切相关。

因此，了解流体与管道之间的耦合振动机理对于研究振动控制技术至关重要。

研究表明，流体与管道之间的耦合振动主要受到以下几个方面的影响：1. 流体的物理性质：流体的密度、粘度以及流速等物理性质都会对振动产生影响。

例如，当流体的流速较高时，会增加振动的幅值。

2. 管道的几何结构：管道的直径、厚度和材料等几何结构参数也会影响振动的特性。

例如，增加管道的刚度可以有效减小振动的幅值。

3. 外部激励：外部激励是指管道系统遭受的外力，如机械冲击、流体冲击等。

这些外部激励会导致系统的共振，增加振动的幅值和频率。

二、振动控制技术研究为了降低管道输送系统的振动风险，研究人员提出了多种振动控制技术。

这些技术主要包括被动控制和主动控制两种。

1. 被动控制技术：被动控制技术是指通过改变管道的结构参数来抑制振动。

例如，增加管道的刚度和阻尼可以降低振动幅值。

此外，安装隔振器、阻尼器等也是被动控制技术的一部分。

2. 主动控制技术：主动控制技术是指通过传感器和控制器来实时监测和调节管道振动。

例如，利用压电材料制作的敏感元件可以实时感知振动并通过反馈控制系统进行控制。

三、振动控制技术的应用前景管道输送系统的振动控制技术在工业领域具有广阔的应用前景。

通过有效地控制振动，可以提高运输效率，延长设备寿命，并且减少安全事故的风险。

以下是该技术的一些具体应用领域：1. 石油和化工工业：在石油和化工工业中，管道输送系统被广泛应用于油气的输送和储存。

管道系统流固耦合分析与优化随着科学技术的不断发展和对工程领域的要求日益提高，管道系统的流固耦合分析与优化成为一个重要的研究领域。

在石油、化工、能源、航空航天等领域中，管道系统的设计、运行和维护都需要进行流固耦合分析与优化，以保障系统的安全和效率。

流固耦合是指管道系统中流体流动与固体结构相互作用的过程。

在管道系统中，流体流动会对固体管道产生压力、液动力、摩擦力等力的作用，而固体管道的变形和振动会对流体流动产生影响。

因此，流固耦合分析可以帮助工程师深入了解管道系统的性能，进而优化设计和改进操作方法。

在进行流固耦合分析时，我们需要借助数值模拟和实验测试两种方法。

数值模拟是一种经济、高效的手段，可以通过计算流体流动和固体结构的数学模型，获得流体力学参数和固体结构的响应。

常用的数值模拟方法包括有限元法、计算流体力学方法等。

而实验测试则是验证数值模拟结果的重要手段，可以通过实验室测试或者现场监测来获取真实的数据。

在管道系统的优化过程中，我们可以从以下几个方面入手：1. 系统结构优化：对于复杂的管道系统，我们可以通过添加或删除支架、改变支架位置等方式来减少结构的变形和振动，从而提高系统的稳定性。

2. 流体参数优化：通过调整流体的流量、速度、压力等参数，可以减小流体对固体的作用力，减少对管道系统的破坏。

3. 材料选择优化：不同的材料具有不同的强度、刚度和耐磨性等性能。

选择适合的材料可以减小管道系统的变形和振动，提高系统的使用寿命。

4. 动态响应优化：在管道系统的运行过程中，考虑到流体流动和固体结构的动态响应，可以采取措施来减小系统的共振现象，避免系统损坏。

总之，管道系统的流固耦合分析与优化是保障系统安全和效率的重要手段。

通过对流体流动和固体结构相互作用的深入研究，可以优化设计、提高性能，并保证管道系统的正常运行。

未来，随着技术的不断进步，我们可以预见，在管道系统流固耦合分析与优化领域将会有更多创新和发展。