复杂空间载流管道系统流固耦合动力学模型及其验证

《复杂空间载流管道系统流固耦合动力学模型及其验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAslrOnauticaSinicaMar．252013Vol34No3597．609ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn复杂空间载流管道系统流固耦合动力学模型及其验证陈果1’*，罗云2，郑其辉2，侯民利2，蒲柳21．南京航空航天大学民航学院，江苏南京2100162．成都飞机工业(集团)有限责任公司，四川成都610092摘要：针对飞机复杂管路系统振动分析，提出了一种复杂空间管道系统流固耦合动力学模型，在模型中用梁单元对管道进行了离散，每个节点考虑了z、Y、z这3个

2、方向的平动以及绕z、Y、z这3个方向的转动，共计6个自由度；在单元中考虑了流固耦合效应，计及了流体流速对管道振动的影响；建立了管道与基础、管道与管道间的弹性连接，以适应多个管道之间的耦合振动分析；模型采用Newmark一13数值积分法获取系统响应。针对实际液压试验台的空间管路系统，利用锤击法进行实验模态分析，将本文模型的仿真结果与实验结果和商用有限元软件ANSYSWorkbench的计算结果进行了分析比较，验证了本文模型的正确性。最后，仿真计算了流固耦合作用下流速对管道系统固有频率的影响规律。关键词：管道系统；流固耦合动力学；有限元；模态分析；数值仿真中图分类号：V263．6；TBl23；T

3、P277文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)03—0597—13飞机管路系统，主要用于燃油、滑油、液压油和空气等介质的输送，是飞机系统的重要组成部分[1。2j。管路会在外界或内部的周期性(或随机性)机械载荷、流体载荷作用下产生强迫振动；也会因管路内部介质运动与管路运动相耦合形成自激振动，从而导致管路的流动失稳。飞机管路系统通常是由一个导管或几根串联的导管构成，或由两个以上的导管经三通管接头或卡箍相互连接在一起而构成的复杂系统，其振动模态非常复杂。飞机管路由振动引起的故障大致有振动疲劳和振动磨损两类。根据美国空军统计，飞机元件故障总数中，燃油、气压和液压方面的故障占50％～6

4、0％，从苏联几个机种的统计情况来看，燃油、滑油、液压及气压的故障也占50％以上。另外，据有关文献记载[2]，在1965--1966两年中，某些歼击机由于导管及管接头故障而失事的次数占失事总数的60％。在国内，在新机研制过程中，导管断裂及管接头漏油故障十分频繁。在飞机制造类故障中，导管问题是故障的主体，占制造类问题的71％，随着飞机数量的增加、部队训练强度的不断提高，导管问题呈大幅度上升的态势，目前已成为了飞机在部队使用中出现的最严重的技术问题，其中液压管道故障最为突出，占全部导管故障的82．3％。由此可见，为了分析飞机复杂管路系统的振动机理，发现由于振动而导致的管路系统故障，需要建立合适的振

5、动分析模型。但是目前关于管路系统流固耦合振动的研究工作主要是基于简单的直管[3。12。，对于复杂的空间载流管道研究较少。然而，实际的管路系统往往是由多根导管组成的复杂管路系统，其模型更为复杂。现有的商用有限元软件可用于分析复杂的管路系统，但是其针收稿El期：2012-02—22；退修El期：2012—08—27；录用El期：2012—10—18：网络出版时间：2012—12—0711：15网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V201212071115001html基金项目：成都飞机工业(集团)有限责任公司项目*通讯作者Tel．：025—84891850

6、E-mail：cgzyx@263net引用格武tChenG．LuoY，ZhengQH，eta1．Fluid-structurecouplingdynam『cmodelofcomplexspatialfluid-conveyingpipesystemanditsverification÷ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34(3)：597-609，陈果，多云，郑其辉，等．复杂空阀载流管道系统流固禚合动力学模型及其验证航空学报．2013．34(3)：597-609航空学报对性不强，流固耦合计算效率较低。因此，本文针对实际的飞机复杂管路系统，基于有限

7、元分析方法，建立一种复杂空间管道系统流固耦合动力学模型，研究复杂载流管路系统的振动特性。最后应用实验对模型进行了验证，并与ANSYS的计算结果进行了比较分析。1复杂载流空间管道系统流固耦合有限元模型1．1管道系统液一弹耦合模型管路流固耦合振动及其稳定性分析自20世纪70年代以来一直是有关学者的研究热点，所采用的分析模型大体可分为两类[1]：一类是液一弹耦合，其考虑具有定常流速的不可压缩流体与管路弯曲振动的耦合