基于ANSYS二次开发的输液曲管振动特性分析

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基于ANSYS_的管道气柱共振研究

曾兆强：工程师。

２０１４年毕业于山东大学化工过程机械专业获硕士学位。

主要从事管道应力及振动分析工作。

联系电话：186****2085，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｚｑｑｄ＠１６３ｃｏｍ。

化工、石化、ＬＮＧ等装置中的部分管道工艺介质为气体，如压缩机管道、安全阀放空管道、火炬管道等。

由于气体具有可压缩性，所以，管道内的气柱可以形成一个具有连续质量的弹性振动系统［１］，在给定边界条件的一段气柱受到外界扰动后表现出的自由振动频率为气柱的固有频率。

若管道系统内部受到的激发频率（如压缩机激发频率、管道三通出流体产生的旋涡脱落频率）与该管道内的气柱固有频率相同时，会发生气柱共振，进而产生较大的噪音和管道的强烈振动，严重时会破坏管道及相关设备，造成严重的事故［２，３］，因此，对管道气柱固有频率特性进行深入研究，对避免和消减管道振动具有重大工程意义。

目前计算管道气柱固有频率的方法主要有：传递矩阵法、有限元计算以及函数法。

计算都较为复杂，转移矩阵法仅能对直管等简单管道进行理论计算，对于含有特殊管件的管道计算准确性较。

有限元计算法基于转移矩阵传递理论，对计算域进行离散，通过迭代计算，可以计算出含有特殊管件管道的气柱固有频率，在实际工程应用中具有较大的现实意义。

工业设计与生产中，三通是管道系统中常用的管件，用于对管道分流、汇流、排放等支管的连接。

从主管通过三通连接的支管一般会装阀门或者隔断管件，此时会形成分支盲端见图１。

主管气体以相对较高的速度经过三通边缘处时，在离散频率上产生周期性旋涡脱落，这些周期性扰动与管内系统声学相互作用，表现出一种声学图１　三通分支盲端２　气流脉动理论平面波理论是分析管道内气流脉动的基础理论之一，以波动方程为基础描绘管道内气流脉动现象。

由于管道长径比很大，将管道内流体流动视为一维非定常流动［４］，气流在管道中流动时，速度和密度都是空间坐标及时间的连续函数，管道中的气流可以看成由平均气流和脉动气流组成，管道内流体不计阻力。

基于ANSYS Workbench的液压管道流固耦合振动分析

基于ANSYS Workbench的液压管道流固耦合振动分析夏永胜;张成龙【摘要】以噪声试验台液压系统的折弯式管道为例,采用ANSYS Workbench进行有限元联合仿真,研究了流固耦合作用对管道振动的影响.仿真结果表明,流固耦合是引发管道振动的重要原因,在双向流固耦合作用下,管道的固有频率会明显降低.通过在合适位置增加卡箍约束管道,可以在不改变管系主要特征和管道结构的基础上,降低液压管道的流固耦合振动,最终实现减小管道的振动及降低噪声的目的.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】5页(P38-41,57)【关键词】流固耦合;液压管道;ANSYS Workbench;振动【作者】夏永胜;张成龙【作者单位】合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009;合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TH137汽车驱动桥中的主减速器要求工作平稳、无噪声，对主减速器进行噪声检测是保证产品性能的重要手段，实现这项工作的检验装备是噪声检测试验台。

在用噪声试验台进行主减的噪声检测时，试验台本身的振动及噪声必须控制在一定范围之内，这样测量的数据才能满足要求。

液压系统管道的振动会导致噪声污染，进而影响噪音试验台的整体性能。

因此液压管道应根据实际情况合理布置，并且采取一些有效的措施，以此来减小液压管道的振动。

压力管道内流体的流动会诱发管道振动，而管道的振动又会影响流体的运动状态，即压力管道系统中存在流体与管道结构之间的耦合振动[1]。

较强的流固耦合作用会造成液压系统中管道的振动和噪声污染，可以说液压管道中元件与液压油的流固耦合，是导致管道振动的根源之一。

以主减噪声检测试验台液压系统的某一折弯式管道为研究对象，验证了流固耦合作用对液压管道振动的影响，分析了其在振荡流体载荷的作用下管道的耦合振动特性以及相应振动控制措施，从而有效地降低了噪声试验台液压管道的振动与噪声。

基于 ANSYS Workbench 的输流管路流固耦合振动分析

基于 ANSYS Workbench 的输流管路流固耦合振动分析孙中成;张乐迪;张显余;马文浩【摘要】According to the fluid-filled straight pipe axial and lateral vibration linear differential equations, the axial and lat-eral vibration transfer matrix of fluid-filled straight pipe are deduced, and the natural frequency is obtained by numerical cal-culation. The two results are identical, when the calculated results comparing with the ANSYS Workbench simulation results. The accuracy of the calculated results is proved. Finally, the different effects of the natural frequency are analyzed which con-sidering the fluid-structure interaction effects or not in different constrain, and bring to the appropriate conclusion.%通过输流直管路轴向和横向振动的线性微分方程，推导出了输流管路轴向及横向振动的传递矩阵；对某直管模型进行数值分析计算得到了管路的各阶固有频率，计算结果与 ANSYS Workbench 仿真结果进行对比，二者计算结果吻合良好，验证了计算结果的准确性；最后，分析了不同约束条件、考虑和不考虑流固耦合作用下对管路固有频率的影响，并得出相应的结论。

基于ANSYS的换热器管束振动模态分析

泛应用的一种通工艺设备。通常在化工厂的建设中，热器约换占总投资的１％～０。在石油炼厂中．０２％换热器约占全部工艺
［］｝Ｋ｛＝｛＋［］｝０对ｎ自由度管束，移向量为：个位
｛Ｉｒ１｝＝ＩＬ２戈 … ３ｊ１
（）１
及备投资的３％～０。近年来，５４％随着科学技术的飞速发展，工业上对换热器的要求越来越高，寸越来越大，尺操作条件越来越
苛刻。流体诱导振动的问题也越来越重要。无论依据哪种诱导振动机理和预测方法来行管束的振动设计校核，其第一步就是
［］［均为ｎ×ｎ阶对称矩阵。对具有足够约束的管束，、Ｋ］［］［是正定的。、］自由振动方程（）１是二阶常系数齐次微分方程组，设各个位移分量作相同的简谐振动，即
｛ｆＸ｝ｉ（Ｏ＋）：｛ｓｔｎｔ（）２
ｗａｉｌｔｄａｐｃｅｍｌｍｅｔｓｓｍｕａｅｓｓａｅｂａｅｅｎ．ＦｉｅｆｎｔｌｍｅｔｍｏｅｓｗｅｅｂｉＤｙａｃｃａａｔｒｓｉｓｃｌｕａｅｔｎｉｅｅｅｎｄｌｒｕｈ．ｉｎｍｉｈｒｃｅｉｔｗａａｃｌｔｄｗｉｃｈ
２１３卷第８００年８期
广州化工
・４・２５
基于ＡＳＳ的换热器管束振动模态分析ＮＹ
许范广
（顺市特种设备监督检验所，辽宁抚抚顺１３０）１０６

输液管道的振动特性

（4）
此处的△E：管道微元的势能。
由流体的伯努利方程可知： 1 2
2
ρv1
+P1
+ρgh1
=
1 2
2
ρv2 +P2 +ρgh2 ，由于
管道振动的方向是 y 方向，而非竖直方向，因此方程不需要考虑重力影响。则：
△P=-ρy觶 y觶 '△x
△W=-△P·△V=（ρy觶 y觶 '△x）△x△y△z=（ρy觶 y觶 '△x）A△s
（8）
由于管道发生的是微小横振动所以 X'→0 则上述方程可以进一
步简化。
（M+m）X2T"+EIX"2T=0
（9）
因此只需要对方程（9）进行求解就可以研究管道振动的情况了。
（M+m）T" EIT
科技信息
○高校讲坛○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2012 年第 33 期
输液管道的振动特性研究
刘海欣（西安工业大学建工学院陕西西安 710032）
【摘要】基于输液管道振动产生机理，对管道系统进行微分分析并建立其微分方程。通过求解微分方程，得到输液管道系统振动频率的函数关系式，从理论上研究了输液管道系统振动的特性，并分析了该系统振动频率与各种影响因素之间关系。
2
鄣t
2
鄣t
整理可得最后管道振动的微分方程为：
muy觶 y觶 '=（M+m）y觶 y咬 +EIy觶 "y"

动力流体传输曲管振动特性有限元分析

这里用ＵＧ与Ｖｅｒｉｃｕｔ相结合对数控加工过程进行仿真，验
版社，２００３年
证了其在实际应用中的可行性。
３李军锋，李剑，席平．数控机床加工仿真技术及应用．计算机仿真．
在计算机上进行虚拟数控加工仿真能够显著降低生产成２００３年，２Ｏ（４）：８９—９３．
本 Байду номын сангаас提高生产效率，缩短生产周期，还可以节省加工设备和现实４张冲，汪方宝，朱春临．基于ＶＥ￣ＣＵＴ的虚拟制造技术的应用．合肥
ｃｕｒｖｅｄｐｉｐｅｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇｆｌｕｉｄｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓａｌｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｅｎｔｈｅｃｕｒｖｅｄｐｉｐｅｓ
ｇｅｎｅｒａｔｅｆｌｕｔｔｅｒａｎｄｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｓａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＴＡＮＳＹＳｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｓｒｉｎｓｉｂｌｅ．ｎｅｗｅｌｅｍｅｎｔｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒａｃｃｏｕｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｉｔｈａｓ
ａｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｐｉｐｅ．ＢｙＡＮＳＹＳｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａ，跏
ｅｌｅｍｅｎｔｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｓｏｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｕｒｖｅｄｐｉｐｅｓｗｉｔｈｔｏｐｍａｔｒｉｘｉｓｓｏｌｖｅｄ；Ａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ．

基于ANSYS的输油管道数值分析

基于ANSYS的输油管道数值分析作者：信志涛赵玲吴明来源：《当代化工》2016年第08期摘要：悬索式跨越是长距离油气输送的常见形式之一。

利用ANSYS有限元仿真分析软件对混凝土式管道悬索跨越结构进行地震分析。

通过对结构的模态分析，获得混凝土式管道悬索跨越结构前十阶固有频率和振型图。

在模态分析的基础上，利用时程分析法，对混凝土式管道悬索跨越结构进行了地震反应下的动力响应分析，得到在地震载荷作用下，混凝土式管道悬索跨越结构的位移变化。

分析表明，混凝土式管道悬索跨越是一种低频柔性结构，对地震反应敏感。

关键词：悬索结构；模态分析；时程分析；地震反应分析中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1814-03Abstract： Suspended structure of pipeline is one of oil transportation pipeline forms. Seismic analysis of the structure was carried out by ANSYS. The first ten order frequency and vibration model were obtained by model analysis. The seismic dynamic analysis of suspended pipeline concrete structure was carried out by time-procedure analysis， and displacement change was also obtained. The result shows the suspended pipeline is a kind of flexible structure.Key words： suspended structure； model analysis； time-procedure analysis； seismic analysis石油天然气是我国重要的能源基础，管桥系统是大中型输油管道重要的支撑结构，在石油天然气的输送过程中扮演着至关重要的作用[1]。

ansys workbench 弹性血管分析实例

© 2005 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
CFX 设置: 入口
• 选择Create> Flow Objects> Boundary Condition 并且生成一个边界条件叫做 inlet • 设置Boundary Type 为 Opening • 设置 Location 为 INLET N • 在 Boundary Details 菜单下, 设置 Mass and Momentum, Option = Static Pres. (Entrain) • 设置Relative Pressure 为表达式 pulse • 在 Mesh Motion 菜单下, 保持 Option 设置为 Stationary (它将在后面改变)，点击OK
© 2005 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
CFX 设置: 初始条件 • 选择Create> Flow Objects> Global Initialisation 来生成初始条件 • 设置 U, V, W 均为 0 [m s^-1] • 设置Relative Pressure 为 0 [Pa] • 点击OK
ansys的output文件将会显示求解结束cfx求解器将会弹出一个窗口通知求解结束查看查看cfx结果结果?启动cfxpost110并导入结果fileloadresults选择fluid001res?显示不同时刻对称平面上的压力云图选择symm在其子菜单中设置mode为variable并设置variable为pressure其他保持默认点击apply?显示不同时刻对称平面上的速度矢量图选择insertvector保持默认名vector1在vector1子菜单中设置locations为symm保持variable为velocity其他保持默认点击apply动画显示动画显示cfx结果结果?显示对称平面上的压力云图?读第一个时间步toolstimestepselector并显示对称面上的速度矢量图?选择toolsanimation点击new按钮?选择keyframeno1并设置offrames为99?读最后一个时间步toolstimestepselector并点击new按钮?勾选savempeg并点击playtheanimation按钮来生成动画压力作为时间的函数压力作为时间的函数查看查看ansys结果结果?在ansyspost1和post2中查看ansys结果?启动ansyspost1读入结果generalpostprocdatafileopts读入读入ansysrst?读不同载荷步结果generalpostprocreadresultsbypick?显示结构变形generalpostprocplotresultsdeformedshape?启动启动ansyspost2读入结果读入结果ansysrst?点击点击adddata按钮并选择按钮并选择nodalsolutiondofsolutionycomponentofdisplacement点击?在跳出的窗口选择任意一个节点点击在跳出的窗口选择任意一个节点点击ok?选择上一步定义的变量点击选择上一步定义的变量点击graphdata来显示变量曲线量曲线点击ok来显示变动画显示动画显示ansys结果结果?在post1中显示结果?在公用菜单中选择plotctrlsanimateovertime?设置numberofanimationframes为100?选择timerange并且设置rangeminimum和maximum分别为0和01?在contourdataforanim

基于SolidWorks与ANSYS的输水管路模态分析

工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald89管路在工业生产中应用非常广泛，所处的工况对管路尺寸和管道布置的影响比较大。

在投运前期，管路动态性能很难通过实际的测试获取，需要通过多种途径对其进行加固，往复的修改工作一方面会导致很多问题的发生；另一方面增加较大成本。

管道振动会产生较大噪音，特别在管路的薄弱环节出现断裂和泄露，引起严重生产事故，最终导致较大损失，因此用有效快捷的方式解决这一问题尤为重要。

高压管路的振动一般都是振源引起的，往往振源种类比较多，因此难以直接获得管路振动频率。

本文是根据某企业内化水系统内高压泵出口管道振动这一工程实例，利用S ol idWork s 对该管路进行建模，采用A NSYS 分析软件对该高压管路进行模态分析，获得该管路初始状态和加固后管路的各阶固有频率，再通过对两种情形下模态进行分析比较，采取合理的施工方案，有效避开振源频率。

1 管系的简单介绍该管道为化水系统高压泵出口管道，利用S ol id Wor k s 与A NSYS之间的数据交换提供的专用接口，实现数据的共享和交换[1]。

该管路的弹性模量为EX=1.95e11M Pa，泊松比PRXY=0.305，密度DENS=7870。

2 管道振动有限元动力学方程管道振动体系的阻尼值非常小，对系统的自振频率影响很小，所以在对管道结构进行模态分析计算其固有频率和①通讯作者:李关章(1982—),男,江苏徐州人，硕士研究生,研究方向:机械设计及理论,E-m ai l：l ig ua n zh an g2010@Fox m a i l.c om。

DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.22.089基于SolidWorks与ANSYS的输水管路模态分析①李关章*(大唐国际金坛燃机热电有限责任公司江苏常州 213200)摘要：采用SolidWorks对该段管路进行三维建模，应用ANSYS分析软件对该段管路系统不同工况进行振动模态分析，提取各阶固有频率，对管路振动固有频率与激振频率进行对比，使得固有频率避开振源频率，从管道结构有限元分析的角度来降低管系对外界激振力的响应。

基于ANSYS的S型波纹管的振动模态分析

时在管道连接中波纹管还可以对各个方向产生的少量位
文主要采用ＡｕｔｏＣＡＤ和Ｐｒｏ／Ｅ结合的方法，对ｓ型波纹管
几何模型进行建模，建模的过程如下：１）在ＡｕｔｏＣＡＤ中画
表１波纹管的几何参数
参数大多数要使用实验研究数据，耗费很多人力和物力，
虽然波纹管的性能参数计算大多在国家标准中有规定的
ＲＪｍｍＤＪｍｍＤ２ＩｍｍＨ／ｍｍ数Ｌ数Ｓ／ｎｍｌＲｙｍｍＲ￣／ｍｍＧｌｍｍＬｙｍｍ
初始波纹管波纹管波纹管波纹波纹波纹管波峰波谷短直线长直线
半径外径内径厚度管层管波波距半径半径距离距离
移进行补偿，降低系统产生的噪声并且能够吸收系统产
生的振动，起到＿ｒ一定的减振效果。目前，ｌ波纹管的性能
。
出Ｓ型波纹管的轮廓曲线，具体结构尺寸参数见表１。２）将在ＡｕｔｏＣＡＤ中绘制好的Ｓ型波纹管二维曲线导入到Ｐｒｏ／Ｅ中进行三维模型的绘
制，得到其几何模型，如图１。２波纹管振动模态的有限元分析
（】ｆＳ－ｓｈａＤｅ（｛ｂｅｌｌｏｗｓｄｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ．ＭｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｅｌｌｏｗｓｕｎｄｅｒｔｗｏｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉＳｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｇｅｔｉｔｓｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎａｌｙｓｉｓ

基于ANSYS的U型波纹管的振动模态分析

文章编号：1006－0316(2004)10－0021－0003
The modal analysis to of the u-shape bellow based on ANSYS HAN Shu-jie, WANG Xin-feng
(Dept. of Mechanics anห้องสมุดไป่ตู้ Electronics, NUAA, Nanjing, 210016,China) Abstract: A finite element 3-D model of the bellow is put forward with the element of shell93 in the software ANSYS. The inherent frequencies and the shapes of the vibration are obtained by the modal analysis of the bellow, which are the foundation of the further dynamical analysis. Also, the graph between the values of response (displacement) and frequencies is obtained by the harmonic analysis, which indicates that the results of modal analysis are reliable. Key words: bellows; vibration; finite element; ANSYS; modal analysis
—————————————— 收稿日期：2004－09－13 作者简介：韩淑洁（1979－），女，汉族,山东烟台人,现为南京航空航天大学机电工程学院在读硕士，机械设计及理论专业，主要研究方向为：机械 CAD 及自动化。

基于ANSYSWorkbench的输液管道系统振动控制仿真研究

-1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-1
-1
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
V + 觶 V p
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 02 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
[5] ′
′
图 1 管道示意图
在计算过程中值得注意的是求解过程中的收敛的问题。在边界条件设置合理的前提下，导致求解不收敛主要是由于流场不收敛引起的。这个可通过提高网格质量、加密单元格和设置相对较小的时间步长来解决。但相对较小的时间步长和过密的单元格又会使得计算时间过长。（3 ）为此要建立输液管道系统的对称有限元模型。建立管道系统的对称模型可节省大量的计算时间和计算机资源，而并不会影响到数值计算的精度[7]，与此同时采用分布式计算方法来获得相
＊来稿日期： 2011-05-06 ＊基金项目：国家自然基金项目资助（10872063 ）
2 系统的运动方程
Wiggert et al.研究了输流管道流固耦合动力学系统[3]，假设管道变形在线弹性范围内，不考虑屈曲和径向惯性，流体在低马赫数范围内，不会产生气蚀现象时，其运动微分方程为：咬 +2uAp′ 咬 = 0，咬 =0， EApu″=mp u = 0， EIp v″″+mv EIp w″″+mw 咬 =0，觶 +p′=0，觶 +r aV′- 2r a μu 觶 ′= 0 p GJτ″-rp Jτ rw V w w 式中：（′ ） —变量对坐标轴的导数；） —变量对时间的导数；（. u， v， w—管道在 x、 y 和 z 方向上的位移；（1 ）

管道振动分析

1．流体在管道内的流动（1）可压缩流体与不可压缩流体如果流体的密度等于常数，我们就称它为不可压缩流体；反之若其密度不等于常数，就称为可压缩流体。一般情况下，液体的可压缩性很小，通常按不可压缩流体处理；若压力变化很大（液压冲击），则应当按可压缩流体处理。气体的可压缩性相对比较大，但当气体压力变化较小，且流速也很小时，可按不可压缩流体处理。习惯上但马赫数M＜0.15～0.3 的气体流动问题近似地当做不可压缩流体处理。马赫数，c－声速，u－气体流速（2）定常流动与非定常流动根据流体流动参数是否随时间变化的特性，可将流动分为定常和非定常流动。 1）定常流动是指流场中各点的流速v、压力p、密度ρ和温度T等流动参数均不随时间而改变的一种流动，因此，也称稳定流动。 2）非定常流动是指流场中固定空间点上的任一流动参数，随时间而改变的一种流动，也称非稳定流动。（3）层流与湍流流体在管道内流动时，根据流体质点的运动是否紊乱，其流动状态可分为层流和湍流。 1）层流是指流体质点间相互不混杂的流动，亦称片流。 2）湍流是指流体质点相互混杂而无层次的流动，亦称紊流。湍流时，由于液体质点的不规则运动，使空间上任一点的流速，无论其大小或方向都随时间而变化（其它流动参数也可能随时间而变化）。因此，湍流实质上总是非定常流动。从层流转变为湍流时，管道内流体的平均流速称为临界流速。
1）液压系统中换向阀关闭，突然停止管道中液体流动，出现液压冲击，使管道产生振动。在图12-1所示液压系统中，当换向阀开启且开度不变时，液体在管道内保持稳定流动。开始时管道内液体自左向右流动，此时管道中的流速和压力称为起始流速和起始压力。
2）液压系统控制的运动部件制动时产生的液压冲击使管道产生振动。如图12-3所示，液压动力源经换向阀供油，从右管道进入执行元件液压缸右腔，活塞组件带动外负载向左运动。当换向阀突然关闭，油液被封在液压缸两腔及左、右管道中，由于惯性，活塞组件的运动不能立即停止，急需运动，使液压缸及左管道内液体受压缩，压力急剧上升，最终达到某一压力峰值，于是液压缸及管道内将产生液压冲击。当运动部件的动能，全部转化为液体的弹性能时，活塞组件将停止运动。此时液体的弹性能开始释放，并改变活塞组件的运动方向，使活塞组件向右运动。这样交替变换运动方向，将持续地振荡一段时间，使管道产生振动，直到液压系统的内泄漏、外泄漏及摩擦损失耗尽了全部能量之后，管道的振动才能停止。

输液管道流固耦合振动特性的理论分析与试验

《装备制造技术＞2020年第8期输液管道流固耦合振动特性的理论分析与试验王亚锋，周苏枫(中国飞机强度研究所十五室，西安710065)摘要：通过试验和分析的对比研究,探讨了输液管道中液体压力和流速的变化对管道系统动力特性的影响，验证了飞机液压及燃油管系结构动力学分析的力学模型和计算程序的正确性。

关键词：输液管道Y振动Y动力特性中图分类号:V222文献标识码:A 0引言飞机的管路系统可视为飞机的血管，管道中传输的燃油、液压油、润滑油等流体对飞机安全正常飞行至关重要。

管内具有一定压力和流速的流体在流动过程中，受压力波动、管路弯头、管径变化等因素的影响造成流速改变,导致管路振动,管路的振动又会进一步改变流体的运动状态,二者相互作用、相互影响,这种管内流体与管道结构的相互作用流振动(Fluid and Solid Interaction Vibration,FSl)456。

严重的振动会导致管道，重。

因,输液管道的流振动研究不仅具备重要的理论研究值，具有的程，输液管路的有的重要研究内一p年来，结构动力和动技术研究作的不，的不，用进的技术、制技术和，对飞机液压燃油系结构进行动、成为可，这一年的。

等用有，流体、压力、、管路等因素对动机管路流有的影响叫邱等采用有和，对液管路固有进行和，管径、管、流体压力和流速、等因素对固有的影响叫等Hamilton理，一定、一输液管道的流振动制程，有、压力和流速与管道、流体压力和流速的关系叫张正用有，文章编号：1672-545X(2020)08-0125-03用动机液压管路不状态下的有和振，成叫体，有研究用有Hamilton原理，理论较为复杂，不于程应用。

本文程需求,选取较-较典边撑条件，用相关公式流体压力和流速对管道有的影响，进行。

该方法洁，便于工程应用。

1耦合振动的理论分析本文基于欧拉-伯努梁理论对输油管道振动进行理论。

在输液管道中，流体的压力和流速都会对管壁会产生作用，进使管道产生变形，直至诱管道振动。

管道振动分析与减振对策毕业设计论文

浙江科技学院本科学生毕业设计（论文）题目管道振动分析与减振对策摘要在石油化工等工矿企业中，广泛使用管道输送流体。

在一定压力和流速的流体作用下这些管道壁上均会产生流体动压力。

非定常的管流会引起管道的振动也就是管流脉动。

管流脉动是引起管道及附属设备的振动的主要原因，导致管道结构和管路附件产生疲劳破坏，甚至造成严重事故，是管路系统的主要故障。

某炼化公司的甲胺泵管线振动强烈，已多次引起安全阀根部和导压板根部焊缝撕裂，连接法兰密封失效，高压高浓度的甲胺液外泄。

本文对在单泵运行和双泵同时运行时的某炼化厂的高压甲胺泵管线振动分别进行了测试，通过对各个管路系统的不同测点的振动频谱分析，给出了振动的起因是压力脉动。

当压力脉动的频率或者其倍数正好与管线的固有频率接近而导致共振时，管线就会发生强烈的振动。

不发生共振时，管线振动就较小。

因此提出了相应的减振措施：在现有支承架与管子的中间垫上防振橡胶垫，改变管线的固有频率，使压力脉动的频率及其倍频与管线的固有频率不相吻合。

在泵的出口处加装蓄能器或者空气罐，用来吸收压力脉动，并根据条件设计了蓄能器。

关键词：管流脉动振动甲胺泵管路AbstractPipes were widely used to transport liquid in many petrochemical factories and che- mical plant. Under the pressure of fluid with certain pressure and velocity, the fluid dyna- mic pressure pulsation will be created in the wall of the pipe. When the fluid flows in un- unsteady condition the unconstant flow would excite pipe abnormal vibration -it was also called flow pulsation. Flow pulsation, the main reason for the vibration of pipe and attac- ched equipment, educed the fatigue failure of pipe and attached equipment, which even result in fatal accident.In a refinery, the intensive vibration of the methylamine bump pipeline had caused many problems, for example tearing of welding line at the root of safety valve, seal failuresof connecting flange which causing leakage of methylamine fluid with high pressure and concentration. In this paper, the vibration was tested to investigate the vibration fault on methylamine bump pipeline in a refinery when single pump or double pumps worked. By spectrum analysis of different measuring point, the cause of strong vibration was found out: pipe would vibrate strongly if the frequency of the pressure pulsation or multiple of it amount to the natural frequency of the pipeline. And in other case, the vibration would not be strong. According to this, the solutions were given: changing the natural frequency of the pipeline by adding vibration proof cushion; adding energy storage or air container to absorb the pressure pulsation. Finally, the energy storage was designed at the outlet of the pump for drinking pressure fluctuation down.Key word: pipe fluid pulsation, vibration,methylamine bump pipeline目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 研究现状 (1)1.2.1 国外研究现状分析 (1)1.2.2 国内研究现状分析 (2)1.3 研究现状 (3)2 管道振动理论 (4)2.1 引起管道振动的原因 (4)2.1.1 动力平衡性差或基础设计不当引起的管道振动 (4)2.1.2 管流脉动引起的管道振动 (4)2.1.3 共振 (4)2.2 管流脉动机理 (4)2.3 管道故障诊断的步骤 (5)2.4 管道减振技术 (5)2.4.1 压力脉动的消减 (6)3 振动测试 (7)3.1 振动测试试验 (7)3.1.1 测试系统 (7)3.1.2 气流脉动引起的管道振动 (8)3.1.3 共振 (8)3.2 振动信号分析 (10)3.2.1 系统固有频率的测量 (10)3.2.2 强迫振动频率的测量 (11)3.2.3 电机在正常工作下并在外界激励下的频谱图 (12)3.2.4 整周期采样的实现 (13)4 管线振动的测试和分析 (16)4.1 现场分析 (16)4.1.1 现场状况 (16)4.1.2 现场测试系统的组成 (16)4.1.3 振动测试方案 (17)4.1.4 管线固有频率的测试 (17)4.2 减振措施 (34)4.3 蓄能器的设计 (35)4.3.1 蓄能器的选型 (35)4.3.2 皮囊式蓄能器的结构及工作原理 (35)4.3.3 蓄能器容积的设计 (36)4.3.4 壳体的设计 (37)4.3.5 皮囊的确定 (41)4.3.6 阀体的设计 (42)4.3.7 阀芯的设计 (43)4.3.8 支承环的设计 (44)4.3.9 橡胶环的设计 (44)4.3.10 充气阀的设计 (44)4.3.11 其他部件的设计 (45)结论 (47)致谢 (48)参考文献 (49)附录1 (50)第1章绪论1.1课题背景在石油化工等工矿企业中，广泛使用管道输送流体。

基于ANSYS Workbench的输液管道系统振动控制仿真研究

第３期
２１０２年３月
文章编号：０ｌ３９（０２０ — １７０１０一９７２１）３０８ — ３
机械设计与制造
ＭａｈｎｒＤｅｉｎｃｉｅｙｓｇ＆Ｍａｕａｔｅｎｆｃｕｒ１７８
基于ＡＳＳＷｏｋｅｃＮＹｒｂｎｈ的输液管道系统振动控制仿真研究术
ｌｅｕｅｉａｙｕｅｅｈｈｆｅｕｎｙｅｃａｉ，ｙａｐｙｎｏｗｙｉｐｉｉｉｒｔｅｍｔｏａｄｎｍｒｌｎｒｈｉｒｑｃｘｉｏｂｌｉｔ－ａｍｌｔｔａｉｅｈｄｏｔｃｌｄｔｇｅｔｎｔｐｇｗｃｅｖｆ
ｐｏｅｓｏｆｎｔｅｅｅｔｉｒｔａｉ，ｖｒｏｒｒｏｃｒｄｄｅｔｅｃｓｉｕｒａａｃｌｉｎｏｒｃｓｆｉｌｎｄｓｅｚｔｎｏｅｗｅｒｓｃｕｒｕｏｘｅｓｅｎｍｉｌｌｕｏｉｅｍｃｉｏｌｆｏｅｖｅｃｃａｔｆｓｕｔｒｎｕａｉｅ．ｈｒｏｅｔｃｌａｈｕｒａｃｃｌｉ，ｄｄｃｉｃｎｑｅｔｃｕａａｄｉｍｔｃｓｅｅｒ，ｆｉｔｅｔｅｎｍｉａｕａｏａｍｏａｒｕｔｎｔｈｉｕｒｌｆｄｒＴｆｌｏａｉｔｅｃｌｔｎｌｌｅｏｅＷ．ｕｅｅｕｅｔｅｓｅｏｔｉｓｅｏｄ￣ｄｎｍｉｃａａｔｉｉｅｉｉｇｓｓｍｗｒＣＣ－Ｏｓｄｔｒｄｃｈｉｍａｃ．ｃｎｌｙａｃｈｒｃｅｓｃｏｔｐｎｔｅｅａＵ８ｏｚｆｒｅＳｒｔｓｆｈｐｙｅｌ

基于ANSYS的化工管线的振动分析与瞬态动力学分析

１５．５０８１５．７９６
１６．１２１
ｒ４ｔ／ｎｚ第６０阶／嘲
２２．４１８
１５．２４８
１６．７３９
１７．４７３
１７．７０５
１８．３９１
４管线的瞬态动力学分析‘７由】
为了真实模拟管线内部流体的压力脉动，在ＡＮＳＹＳ的瞬态动力学分析中，使用完全法对整个管线施加周期性的压力脉动函数，函数为Ｆ＝０．６
３．９７１ｒｔ＋１４．１４ｓｉｎ
某化肥厂尿素车间氨水输送管线，在生产运行中机械振动很大，不能按设计流量满负荷运行。为了保证安全生产，只能降负荷运行。即使很低的负荷运行，管线振动仍然很大，对生产来说这是个极为严重的问题，不仅影响产品产量，造成巨大的经济损失，而且这种超振动运行潜在着极大危险，因此管线的振动及减振措施的研究势在必行¨“Ｊ。本文针对大庆某化工管道系统管线振动大、噪声污染严重的问题，根据有限单元法，利用有限元ＡＮＳＹＳ软件中的管道分析，对化工管线模型进行了模态分析，获得了管道系统的振动模态和应力计算结果。依据此计算分析结果，通过调整支承位置和支承刚度，进行管线减振方案设计。在工程实际中得到了很好的应用，管线的振动降到了最低水平。
ｘ
度为４１２ｃｍ；直管ｇ段长度为４
７２６
１０６Ｎ／
ｃｍ；直管ｉ段长度为１
５００
长度为４
ｌｎｉｎ×７．１
３３０
ｃｍ，直管ｋ段长度为１
材料为Ｒｓｔ３５．８，直管段ＤｇｌＳ０尺寸为，／，１６８．３ｍｍ；弯头的曲率半径为Ｒ１＝２２８．５
ｍｍ×７．１
ＩＴｌｌｎ，
２管线的振动分析与计算嗡刮
利用ＡＮＳＹＳ软件对该管线进行了模态分析，提取固有频率在１０Ｈｚ以内的管线固有频率如表１

动力流体传输曲管振动特性有限元分析

#) ###### * $#) #+,,’&. #) &/(+0/ * +) (##0&’. #) ’(’,&% * 0) 0(&0+,. #) $0$#(/ * () $(0’’%. #) &,(,#% * &) &%’,0#. &) +/$+0 * () $+(+,’-
! % " 前 % 阶模态运动的 15F6NW 图：
% 1=>?> 的二次开发技术
%) $ 开放式的用户编程技术
1=>?> 提供给用户一种二次开发技术— @AB4 ! @4C5 A5DE F56GG6HIC BC6JK5C4 " 7 该项技术充分显示了 1=>?> 的开放体系。用户不仅可以采用它将 1=>?> 程序剪裁成符合自己所需的一个新的单元、或者任何组织形式 7 如可以定义一种新的材料、给出一种新的屈服准则 7 而且还可以编写自己的优化算法 7 通本文就是根过将整个 1=>?> 作为一个子程序调用的方式实现。据输液曲管的实际情况，运用 36JI6H 语言编写单元的源程序来实现在 1=>?> 的单元库中定义一个新的单元，从而使输液曲管问题可以应用软件进行分析。
%) % 自定义单元的确定
在 1=>?> 的 @AB 二次开发技术中，自定义单元是对单元的各种信息进行定义，然后连接到 1=>?> 的单元库中。 1=>?> 最多只允许定义 , 个单元。这里根据实际情况选取用户程序库中的 KCL$#&) M 和 KCI$#&) M 进行单元定义开发。具体过程如下： ! $ " 基于 KCL$#&) M 编写单元的结构基本信息的数据文件。结构基本信息包括节点信息、单元类型信息、实常数信息、载荷信息和约束信息等方面。 ! % " 基于 KCI$#&) M 编写单元的计算基本信息的数据文件。计算基本信息包括单元刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵、载荷向量和需要保存的各结果向量等方面信。 ! & " 编辑用户执行程序 6NFKLK4J) H6J 和 G6OCM-IC) H6J 并运行。把定义的用户单元 @P>Q$#& 编译连接到 1=>?> 系统中。 ! ’ " 运行用户命令 RPS@T7 调试用户单元 @>PQ$#& 各基本参数符合要求。

ANSYS在管道流致振动分析中的应用

ANSYS在管道流致振动分析中的应⽤1 前⾔核电站管道系统布置中，⼤量采⽤孔板作为节流装置或流量测量装置。

孔板对流体的扰动会导致局部回流和旋涡的出现，引起管内的局部压⼒脉动，从⽽造成管道系统出现振动和噪声，严重情况下会导致结构开裂和流体泄漏，造成巨⼤经济损失。

为从根本上避免孔板诱发振动对结构完整性的威胁，需要在设计阶段就充分考虑流致振动影响，但由于流致振动问题的复杂性和技术⼿段的限制，⽬前缺乏可以指导⼯程设计的通⽤研究成果。

由于管道流体作⽤在管道结构上的流体激励是随机的，必须采⽤随机振动分析⽅法对管道响应进⾏计算。

本⽂利⽤孔板诱发流体脉动压⼒的试验测量结果，采⽤ANSYS 软件的随机振动分析功能，对孔板扰流诱发的管道振动响应进⾏了计算，并分析了脉动压⼒的相关性对管道振动响应的影响。

由于ANSYS 软件的随机振动分析功能有些理论和使⽤上的限制，⽂中还介绍了使⽤ANSYS 软件计算管道流致振动响应过程中的⼀些特殊处理⽅法。

2 孔板诱发脉动压⼒的功率谱密度在⽤随机振动理论对孔板诱发的管道流致振动响应进⾏计算之前，需要获得作⽤在管道内壁的脉动压⼒功率谱密度函数（PSD）。

本⽂在实验测量结果的基础上，根据均⽅值与⾃功率谱密度的关系式，通过推导及假设获得了脉动压⼒场所有位置的⾃功率谱密度；互功率谱密度根据ANSYS 程序中的空间相关模型获得。

关于实验的具体描述见参考⽂献，关于激励模型的建⽴见参考资料。

2.1 脉动压⼒的⾃功率谱密度实验测得的脉动压⼒均⽅值沿管道环向近似于均匀分布。

不同的轴向测点测得的均⽅值如图1 所⽰，图中反映了孔板对流体产⽣了明显局部扰动，且孔板对下游的扰动⽐上游⼤，产⽣的脉动压⼒的峰值产⽣在测点5 位置（孔板后158.4mm）。

忽略孔板影响范围之外的脉动压⼒，并根据均⽅值沿轴向的分布形式，假设均⽅根值由测点2 位置线性增加到测点5，再由测点5 线性减⼩到测点7。

注：孔板位置的横向坐标为0，测点沿流动⽅向排号，孔板前两个测点，孔板后6 个测点图1 各轴向测点处的压⼒脉动均⽅值由均⽅根值与⾃功率谱之间的关系，并根据均⽅根值上述的分布规律，认为脉动压⼒的⾃功率密度在同⼀管道截⾯上各个位置均相同，沿管道轴向的分布情况与均⽅值的分布情况⼀致，不同轴向位置处的⾃功率谱密度均由测点5 位置的⾃功率谱密度沿谱曲线的纵轴缩减得到，缩减⽐例由均⽅值沿管道的轴向分布确定。

输流管道弯曲和振动的有限元分析

输流管道弯曲和振动的有限元分析
随岁寒;李成
【期刊名称】《动力学与控制学报》
【年(卷),期】2022(20)4
【摘要】基于Timoshenko梁理论,利用虚功原理严格地建立了输流管道弯曲和振动的有限元方程.利用加速度合成定理推导了流体横向加速度的表达式,计算了两端简支和悬臂两种边界条件下管道受到重力和流体作用时的挠度和转角,分析了流体流速对其影响.两端简支条件下将预应力效应整合到管道应变能中,并讨论了轴向预应力与弯曲挠度的关系.给出了两种边界条件下管道自由振动的前三阶固有频率与流体流速的关系,分析了两端简支条件下管道轴向预应力对振动固有频率的影响.结果表明:两端简支边界条件下,流体速度增大则挠度和转角相应增大,预应力使得挠度和转角减小;前三阶固有频率随流速增大而减小,预应力增大则导致各阶固有频率增大.悬臂边界条件下,流体速度增大则挠度和转角减小,前三阶固有频率随流速增大而减小.
【总页数】8页(P83-90)
【作者】随岁寒;李成
【作者单位】商丘工学院机械工程学院;常州工学院汽车工程学院;暨南大学“重大工程灾害与控制”教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O327;O347
【相关文献】
1.弯曲输流管道流固耦合流动特性研究
2.竖向地震荷载下输液管道弯曲振动的有限元分析
3.弯曲输流管道流固耦合动力特性分析
4.输流弯管流固耦合振动有限元分析
5.粘性流体与输流管道耦合振动的有限元分析
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