输液直管道流-固耦合振动响应计算方法与应用

作     者：田瑞 常亮 韩涛 聂小华 

作者机构：中国飞机强度研究所 强度与结构完整性全国重点实验室 

出 版 物：《应用数学和力学》 (Applied Mathematics and Mechanics)

年 卷 期：2024年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 080203[工学-机械设计及理论] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51975470) 

主　　题：输液直管道 微分变换法 流-固耦合 弹性支承 振动响应 

摘      要：输液管道系统中存在液体压力脉动和管道结构高度非线性耦合效应，在外激励作用下将产生剧烈的耦合振动现象，严重时将导致输液管道及连接结构失效。针对输液管道流-固耦合振动响应解析方法缺乏，研究了基于微分变换法(DTM)求解含复杂支承的输液管道系统动力学特性及振动响应理论，基于Bernoulli-Euler梁理论建立了跨中含复杂弹性支承的输液直管道流-固耦合振动微分方程，详细推导基于DTM计算简支、含附加弹性支承输液直管道系统固有频率、位移响应及支承约束反力的表达式，研究了输液管道内压力、流速及附加支承刚度和位置对管道系统固有频率、支承约束反力的影响，并基于结构有限元分析方法验证了DTM计算精度。研究表明：采用DTM计算含复杂支承输液管道系统流-固耦合振动特性及响应的精度高、适用性强，尤其在复杂边界以及跨中含有附加支承管道系统振动响应计算方面具有明显优势，基于DTM可以便捷计算流固耦合管道系统强迫振动中的力学响应，为管道及其连接结构的设计提供理论依据。