流固耦合作用下埋地管道的振动分析

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1、四川建筑科学研究第37卷第3期176SichuanBuildingScience2011年6月流固耦合作用下埋地管道的振动分析郝婷现，陈贵清(唐山学院土木工程系，河北唐山063000)摘要：采用Euler．Bernoulli地基梁模型，利用Hamilton原理推导了埋地管道土一管一内流耦合横向振动的偏微分方程；采用Galerkin法求出了管道的临界流速和固有频率，并计算了管道的固有频率和临界流速的动态响应；利用MATLAB语言进行编程，求得管道的临界流速，其结果与数学公式推导得到的结果大致相同，分析

2、得到输送流体管道的固有频率随着流速的提高而降低。关键词：振动；临界流速；固有频率；埋地管道；流固耦合中图分类号：Tu311．3文献标识码：A文章编号：1008—1933(2011)03—176—04VibrationanalysisofburiedpipelineunderfluidandsolidcoupledinteractionHAOTingyue，CHENGuiqing(DepartmenofCivilEngineering，TangshanCollege，Tangshan063000，Ch

3、ina)Abstract：ThemodelofburiedpipelineadoptedasEuler—Bernoullibeam，whichactedbyinnerfluidandouterconstrainedsoil，applyingtheHamiltonprinciple，thediferentialequationoftransversevibrationwasdeduced．Thenaturalfrequenciesofthemodelandthecriticalvelocitywere

4、obtmnedwiththeGalerkinmethod，moreovertheirdynamicresponseswerecalculated．UtilizingthelanguageofMATLABprogrammingandcalculatingthecriticalvelocityofpipehne，theirresultwassameasthatderivedbythemathematicalformula．Withthevelocityincreasing，thenaturalfrequ

5、encyofpipelineconveyingfluiddecreased．Keywords：vibration；criticalvelocity；natural~equency；buriedpipeline；fluidandsolidcoupledinteraction的(土体提供反力，表现为弹簧属性)，在振动过O引言程中埋地管道置于土介质中，土介质阻止振动过程管道在流体激振力的作用下发生振动，同时，管(土体提供振动中的能量耗散阻力，表现为阻尼属内流体的运动也受到管道振动的影响而发生变化，性C)。

6、而流体的这种变化又产生了新的激振力使管道发生在很多现场施工中，端部往往采用铰接的支座新的振动。这种管道一流体之间的反复的相互影响形式，以减少端部弯矩对管道的破坏作用。本文在就形成了复杂的管道流固耦合振动问题。近30年横向振动的分析中采用了铰接支座形式。根据物理来，管道流固耦合作用对其振动特性影响的研究越模型，两端铰支的一根管道，长度为2，管内流体以来越受到重视，随着研究的进一步深入，管道流固耦流速相对于管壁做稳恒流动，管道轴向为方向，合理论逐步得到完善。横向位移为Y，如图l所示，设单位长度的管道质量

7、为。，管内单位长度的流体质量为m，管道的抗弯1模型的建立刚度为肼，地基的横向阻尼系数为c，地基的横向管道模型按照EulerBernoulli弹性地基梁模型弹簧系数为。进行简化。为了表示土体在动力作用下的应力是由弹性恢复力和粘性阻尼力共同承担，采用Kelvin粘弹性地基模型。管道振动是由土介质应力传播引起收稿日期：2009—12．31作者简介：郝婷朗(1977一)，女，天津宝坻人，硕士，讲师，主要从事图1埋地管道的横向坐标系土木工程结构理论和结构振动方面的教学和研究。基金项目：河北省教育厅资助项目(Z

8、2009469)Fig．1TransversecoordinatesystemofburiedpipeE—mall：shphtysyb@163．corn2011No．3郝婷明，等：流固耦合作用下埋地管道的振动分析177根据Hamilton原理可得由于是任意的，积分为零的充分和必要条件t2，t2是被积函数为零，可得输流管道的横向振动的微分JI8Ldt+I6Wdt=0(1)t1Jtl方程：式中L=+一一；m3t2¨，+c++——管道的动能；——管道的势能；——流体的动能；