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1、第31卷第1期2018年2月中國(guó)修船CHINASHIPREPAIRV01．31No．1Feb．2018豎直輸液彎管流固耦合作用振動(dòng)分析盧嘉偉1，朱漢華1，焦文健1，王金龍2，張維1(1．武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430063；2．中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林長(zhǎng)春130062)摘要：文章針對(duì)豎直彎管轉(zhuǎn)彎角度和支撐形式等因素，建立了4種轉(zhuǎn)彎角度下的管道模型，基于流固耦合原理，運(yùn)用ANSYS有限元軟件分別進(jìn)行了管道模態(tài)分析以及瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明，充液過程中，管道因流體沖擊產(chǎn)生波動(dòng)的位移，轉(zhuǎn)彎角度的增大會(huì)減小流體的沖擊作用，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致位移和應(yīng)力的增大，改變管道最大應(yīng)力發(fā)生的位
2、置，減小管道的固有頻率；兩端均采用固定支撐，減少了管道的自由度，能夠有效增加管道的固有頻率，并且減少集中應(yīng)力和振動(dòng)幅度，為船舶管路的維修布置提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：彎管；轉(zhuǎn)彎角度；固有頻率；應(yīng)力；位移中圖分類號(hào)：U672doi：10．13352／j．issn．1001—8328．2018．01．003Abstract：Basedontheprincipleoffluid—solidcoupling，thefiniteelementsoftwareofANSYSwasusedtoanalyzethepipelinemodeandthetransientstructureanalysisrespect
3、ively．Thepipemodeloffourturningangleswasestablishedfortheangleandthesupportingformoftheverticalbend．Theresultsshowthatthedisplacementofthepipeduetotheimpactofthefluidduringthefillingprocesswillreducetheimpactofthefluid，butatthesametimewillleadtotheincreaseofdisplacementandstress，andchangetheposition
4、ofthemaximumstressofthepipeandreducethenaturalfrequencyofthepipeline．Bothendsarefixedsupport，reducingthedegreeoffreedomofthepipeline，caneffectivelyincreasethenaturalhequeneyofthepipeline，andreducetheconcentrationofstressandvibration，forthemaintenanceoftheshippipelinelayoutprovidesthebasis．Keywords：e
5、lbow；turningangle；naturalfrequeney；stress；displacement一般船舶都需要大量的管路用來(lái)傳送水、油、氣等，管道安裝過程不可避免的存在水平、豎直以及彎曲等形式，管系中流體介質(zhì)復(fù)雜多樣，流體穩(wěn)定性差，工作過程會(huì)出現(xiàn)由于系統(tǒng)操作或其它擾動(dòng)原因而產(chǎn)生非定常流動(dòng)，管道受到流體沖擊產(chǎn)生流固耦合效應(yīng)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致劇烈的噪聲以及導(dǎo)致管道元件的損壞，嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命與安全運(yùn)行。因此展開管道流固耦合力學(xué)特性研究是非常必要的?。一些學(xué)者針對(duì)管道流固耦合特性進(jìn)行了研究，金長(zhǎng)明、張杰等舊。1證明了管內(nèi)液體的存在降低了管道的模態(tài)頻率，流固耦合作用不可忽略。周知進(jìn)等H1研究了
6、流固耦合作用對(duì)不同曲率管道位置等效應(yīng)力的影響。本文基于流固耦合原理，運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究豎直彎管布局形態(tài)以及管道支撐方式2個(gè)方面對(duì)管道的動(dòng)態(tài)位移和應(yīng)力的影響。l流固耦合振動(dòng)方程1．1流體域控制方程流體的流動(dòng)要遵循包括質(zhì)量、動(dòng)量在內(nèi)的物理守恒定律。對(duì)于一般的液體來(lái)說，守恒定律可以通過如下控制方程描述。質(zhì)量守恒方程：基金項(xiàng)目：國(guó)家海事局科技項(xiàng)目(20133h209L)作者簡(jiǎn)介：盧嘉偉(1993一)，男，江蘇南通人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榇斑\(yùn)輸安全?！?·2018年第1期盧嘉偉，等：豎直輸液彎管流固耦合作用振動(dòng)分析第3l卷塑Ot+V·(pfV)=o，(1)動(dòng)量守恒方程：警+v．(”咿丁，)：工
7、，(2)式中：石是液體體積力矢量；pf是流體的密度；丁，是液體的剪切力張量；t為時(shí)間；移為速度矢量。1．2固體域控制方程管結(jié)構(gòu)守恒方程：p。ds=V·仃。+工，(3)式中：P。是固體密度；or。是柯西應(yīng)力張量；丘是固體體積力矢量；ds管結(jié)構(gòu)當(dāng)?shù)丶铀俣仁噶俊?．3流固耦合流固耦合遵循最基本的守恒原則，在流固耦合交界面處，滿足流體與固體應(yīng)力、位移等變量的相等‘51。即：位移協(xié)調(diào)方程：df=d。，力平衡
