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基于有限元方法的管道流致振动研究
| 论文题名： | 基于有限元方法的管道流致振动研究 |
| 关键词： | 管道系统;横向流作用;振动响应;有限元模型;双向流固耦合;稳定性 |
| 摘要： | 管道系统涉及到生产生活的各个领域，其动力学问题可能直接影响整个工程系统的安全性，因此具有重要的研究意义和价值，需要进行深入分析和研究。本文基于ANSYS Workbench与CFX有限元分析软件，利用双向流固耦合方法，分别建立了较大雷诺数环境中横向流作用下的单管和三管有限元分析模型，计算了在不同来流速度下系统的响应，对相应结果进行了分析。 首先，基于工程实例，总结了横向流作用下管道系统稳定性的分析方法及失稳机理。介绍了双向流固耦合技术，以及几种常用的湍流模型。以横向流作用下的单管为例，分析了不同湍流模型的适用性和精度，最终确定采用LES大涡模型进行后续计算。其次，讨论了流场区域尺寸的选取、网格的划分方式及计算时间步长的设置。 基于前面讨论选取的湍流模型、流场尺寸、网格模型及时间步长等参数，对单管模型进行了数值计算。通过改变来流速度，计算得到了相应的系统响应。分析发现，当来流速度超过临界流速时，管的运动轨迹呈“8”字型振荡，且流场也具有周期性。进一步，对升阻力频谱图分析发现，其主频与结构固有频率接近时，结构响应幅值最大，即所谓的“锁频”现象。 最后，计算分析了并列三管的流弹稳定性问题，讨论了管间距及材料特性对失稳后的系统响应的影响。在某些管间距和材料特性情况下，其运动轨迹不会呈“8”字型振荡。 |
| 作者： | 杨凡 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 鲁丽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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