埋地曲管流固耦合振动研究

论文摘要

管道作为物流输送的一种有效手段,在现代化生产和人民生活中起着重要的作用,是继公路、铁路、水运、航空之后的第五大运输方式。而埋地管道埋设在土层中,受管道周围土体的约束,其响应问题不仅包括管道与流体之间的相互作用,还包括管道与周围土体之间的相互作用。因此考虑土-管道-内流的相互作用,开展埋地输流管道振动模型及其动力响应的研究,对社会发展和工程建设都具有重要意义。选用梁模型对管道进行分析计算,把土体与管道的相互约束用弹簧来模拟,利用Hamilton原理推导了土-管-内流相互耦合作用的平面内、平面外及扭曲振动的运动微分方程,利用有限元计算方法和直接分析方法（直接法）对输液曲管进行了分析。利用MATLAB语言,求得管道在不同条件下的临界流速和固有频率,并对影响临界流速和固有频率的各种因素进行了分析,得出:输送流体的管道的固有频率随着流速的提高而降低;土体的约束作用可以提高管道的固有频率、临界流速及动力稳定性。分析了管道各种物理参数及流体性质对管道稳定性的影响规律。对埋地管道抗震分析理论进行了简单研究。将地震激励看作随机波,利用ANSYS软件对管道进行动力时程分析,得到管道的位移响应和加速度响应。同时考虑了土参数、管道参数、地震动参数等因素对管道响应的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 埋地输流曲管耦合振动研究
• 1.2.1 理论概述
• 1.2.2 力学模型
• 1.2.3 力学方法
• 1.2.4 国内外研究状况
• 1.3 埋地管道的抗震分析研究
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究状况
• 1.4 本文的研究工作
• 2 埋地曲管的数学建模
• 2.1 非线性振动的基本特点
• 2.2 计算模型
• 2.2.1 地基模型的简化
• 2.2.2 管道模型的简化
• 2.3 埋地曲管平面内振动微分方程的建立
• 2.3.1 物理模型的建立
• 2.3.2 数学模型的建立
• 2.4 埋地曲管平面外振动微分方程的建立
• 2.4.1 物理模型的建立
• 2.4.2 数学模型的建立
• 2.5 埋地曲管扭曲振动微分方程的建立
• 3 埋地曲管的动力稳定性分析方法
• 3.1 有限元法
• 3.1.1 有限元法分析的基本步骤
• 3.1.2 输液曲管的有限元格式
• 3.1.3 复特征值的求解
• 3.2 直接法
• 3.2.1 运动方程的建立
• 3.2.2 曲管固有频率及临界流速的求解
• 4 埋地曲管振动算例分析
• 4.1 基本数据
• 4.2 各种参数对系统临界流速的影响
• 4.2.1 土体约束的影响
• 4.2.2 管道各种物理参数的影响
• 4.2.3 支座形式的影响
• 4.2.4 其它参数的影响
• 4.3 各种参数对系统固有频率的影响
• 4.3.1 管内流速的影响
• 4.3.2 土体约束的影响
• 4.3.3 管道各种物理参数的影响
• 4.3.4 支座形式的影响
• 4.3.5 其它参数的影响
• 5 埋地曲管抗振分析
• 5.1 随机荷载分析方法
• 5.1.1 谱分析方法
• 5.1.2 瞬态动力学分析方法
• 5.1.3 直接动力分析方法
• 5.2 弹性时程分析法
• 5.2.1 时程分析法简介
• 5.2.2 恢复力模型
• 5.2.3 地震反应的数值分析
• 5.3 地震波的采用
• 5.3.1 简谐波的采用
• 5.3.2 随机波的采用
• 5.4 地震作用下埋地曲管振动的算例分析
• 5.4.1 基本数据的选取
• 5.4.2 响应分析
• 5.4.3 灵敏度分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集