基于ANSYS二次开发的输液曲管振动特性分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第220025卷~[z第1O月5期JournalofSheny沈an阳gI航ns空titu工te业of学A院ero学na报”uticalEngineeringOct．2005。。．．．．。VoI_22No．5文章编号：1007—1385(2005)05—0021—03基于AN．SYS二次开发的输液曲管振动特性分析于秀坤朱虹金基铎王维(沈阳航空工业学院航空宇航工程学院，辽宁沈阳I10034)摘要：针对悬臂的边界条件，建立了在流体作用下输液曲管的振动方程及有限元分析模型，并研究了曲管的振动特性。通过对ANSYS进行UPF二次开

2、发，自定义曲管单元进行特征值求解，得出了流体流速对曲管特征频率影响的规律，同时考察了输液曲管的稳定性，求出了输液曲管发生颤振失稳时的临界流速。计算实例表明自定义单元具有很好的精度。关键词：输液曲管；UPF；振动特性；临界流速中图分类号：TB123；0241．82文献标识码：A输液管在航空工程、水利工程、石油工业等领2输液曲管的有限元模型域应用广泛，在一定工作条件下，这些管道会发生强烈振动至不稳定状态的现象。过去对输液管振2．1单元分析动问题所做的研究，大都是针对输液直管进行的第(i)个单元的平衡方程为：研究，对输液曲管的振动及稳定性研究相对较少。[]q]l[D]}l[]

3、{q}=0(2)输液曲管与输液直管相比，描述运动状态需要式中，，D，K分别是第i号单元的质量矩阵、陀的变量多，而且静平衡位置还与流速有关。运用有螺矩阵和刚度矩阵。图1为单元节点编号。限元法¨，2]，研究中心线不可伸缩的平面输液曲管在特定边界条件和不同流速下的振动特性，通过计算结果，分析得出了边界条件和液体流速对曲管振动特陛的影响规律，并且通过特性值的求解，进一步求出曲管发生颤振失稳时的临界速度。1输液曲管的运动方程根据A．K．Misra等人的研究成果，在不考图1曲管模型中某一单元虑内外阻尼的影响下，对于中心线不可伸缩的输2．2整体分析液曲管的平面内振动方程(无量纲形式)

4、为：整体平衡方程为：(+幻+)++謇+叩)+[]{}+[D]{}+[K]{q}=0(3)式中、D、分别是输液曲管的总质量矩阵、总()+())+摹()一辜=。陀螺矩阵和总刚度矩阵。D、K元素与质量比、(1)流速瓦有关。∞．s，，＼／2叩TIJ；3算例采用ANSYS二次开发，自定义曲管单元，对卢一去半圆形悬臂输液曲管进行分析计算。分别代表无量纲的切向位移，曲线坐标，时图2是悬臂曲管模型，为验证计算结果，曲管间，流速，质量比和中心角。各参数同文献[1]：曲率半径R=200cm，曲管和流体单位长度的质量==0．1kg／em，抗弯收稿日期：2005一o7一叭刚度E1=2×10kg

5、fcm2，为了便于与文献[1]比作者简介：于秀坤(1963一)，女，辽宁沈阳人，副教授维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com第5期于秀坤等：基于ANSYS二次开发的输液曲管振动特性分析第三阶振型(D)面=O(6)五=2图4模态运动的振型图5结论当瓦=2时，第、2、3阶振o‘04663。参考文献：(1)从图3及表1中看出，第1、2、3阶模态发生颤振失稳的临界流速依次为4．4、4．4、6．8，并[1]黄玉盈，魏发远，倪樵，等，分析输液曲管振动和稳定性有限且随着流速的增加，系统的固有频率降低。元法[J]，振动工程学报，

6、2000，13(6)：264—270[2]陈正翔，张维衡．简单输液管系的稳定性分析[J]，振动工程(2)文献[1]中的2阶和3阶模态发生颤振学报。199811(1)：38—45失稳的临界流速为4．1474和6．8515，与自定义[3]A．K．Misra，，M．P．Paidoussis，Onthedynamicsofcurvedpipes单元计算的结果相比非常接近，说明该单元定义transportingfluid．PartIInextensibletheory[J]，JournalofFluids是正确的。为了进一步验证该单元的正确性，又andStrncturcs，198

7、8，2：221—224[4]A．K．Misra，M．P．PaidoussisANDK．S．Van．Onthedynamics用Matlab编程进行了验证，结果吻合的也很好。ofcurvedpipestransportingfluid．PartⅡ：Inextensibletheory(3)从图4看出瓦=0时，第1、2、3阶振型的最[J]，JournalofFluidsandStrnctures，1988，2：245—261大位移分别为o．187E一09，0．355E一09，o．844E一09；Analysisofdynamicsstabil