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浅谈输流管道振动 陈贵清1郝婷碉1’2丁幼松2 (1唐山学院土木工程系，063000；2河北理工大学建工学院， 唐山063009) 摘要t本文首先介绍了输流管道振动的机理，然后针对输流管道振动的研究 历史、研究现状及使用的力学方法进行了总结，最后对管道振动的研究展望进行了 简述。 关键词：输流管道，振动，流固耦合作用 1输流管道振动 输流管道振动是一类特殊的机械运动，是典型的力学现象。由管道、 管道附件、容器、支架等构成了一个复杂的机械结构系统，当受到激振 力激发后产生机械振动响应，即为通常所说的管道振动。当激振力的频 率与管道结构系统的固有频率之一相等或相近时，就形成了机械共振， 此时出现最大的振动幅度。当激发频率、气柱固有频率、管道结构固有 频率三者相等或相近时，便出现最严重的管道振动。 为使管道内流体流动，犹如人体的血液通过心脏加压一样，需要利 用泵或压缩机作为动力间隙性的加压。由于间隙加压，管道内的压力在 平均值的上下脉动，即产生所谓的压力脉动。而在管道的弯曲部位、直 径变化的部位或通过控制阀等处，压力脉动就会产生相应的随时间而变 化的激振力，激发管道系统发生振动。 对于输水管道而言，由机械振动、基础振动、地震运动会使管道发 生比较大的振动和变形甚至破裂，并引起内部水体的晃动，水体随即又 以动水压力的形式反作用于管道，改变它们的振动和变形状态。 2输流管道系统振动的研究历史’ 、- 2．1概述- 输流管道的振动主要是研究流速对管道系统动力学特性的影响。 1884年，Lamp综合分析了管壁阻抗对管道中声波传播的影响，成为管 象以来，输液管问题就引起了人们很大的兴趣。但研究曾一度停顿。输 油管道的振动问题。随着研究的深入，管道振动的研究有了很大的发展。 述，对输液管的振动(侧重于线性振动)作了精辟的阐述，而且还指出了 (振幅变化的动力行为)：悬臂管在临界流速下会发生颤振失稳。 2．2数学模型的发展 经典水锤理论只考虑流体运动，忽略管壁弹性的影响，得到二方程 模型 竺+上翌：o ——+一一=U 现 p，瑟 ^ ， ^ ot 华Oz+去等=。 pfcj (2) 扩展水锤理论与管壁轴向应力波结合起来，推导出了下面的四方程模型 竺+土鲨：o (3) 8t az pf 257 2v～aoz：0 (4) 竺+正+丝)…aP ——+l一+——I——一————o az 、K Ee。魂 E at 丝一上堕：o (5) at az pf 丝一三堕+堕望：o