【摘 要】
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压力管道在当今各类工程中的运用越来越广泛。特别是在许多水利工程中,压力管道是极其重要的输水建筑物之一,其安全运行直接影响水电站的生产。压力管道系统的振动问题与其设计及运行紧密相关,因此正确、及时掌握压力管道的振动特性十分重要。本文根据结构动力学、势流理论、水力学和流固耦合等理论,结合ADINA有限元分析方法,以压力管道为研究对象,模拟了压力管道在持续性简谐外激励下的自振特性与动力响应。对压力管道响
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压力管道在当今各类工程中的运用越来越广泛。特别是在许多水利工程中,压力管道是极其重要的输水建筑物之一,其安全运行直接影响水电站的生产。压力管道系统的振动问题与其设计及运行紧密相关,因此正确、及时掌握压力管道的振动特性十分重要。本文根据结构动力学、势流理论、水力学和流固耦合等理论,结合ADINA有限元分析方法,以压力管道为研究对象,模拟了压力管道在持续性简谐外激励下的自振特性与动力响应。对压力管道响应的研究,对管道系统安全运行有一定参考价值。本文主要工作如下:1.设计了物理模型,模拟水电站及水泵站供水压力明管的布置和设施情况,以及阀门或导叶快速启闭情况、水流和管道的暂态过渡过程。量测脉动压力、管道振动幅值和历时曲线,总结其特征。为压力管道动力响应数值仿真分析提供对比资料。2.利用有限元软件ADINA在软件的Structure模块建立管道模型及流体模型(势流体),进行求解流固耦合的模态,得到管道系统结构的自振频率和振型。进一步简化管道系统,并以此为研究对象,研究不同管道外径、管壁厚度对管道结构自振特性的影响。作为进一步进行管道瞬态动力学分析的起点。3.以上结果为基础,利用有限元软件ADINA建立了管道系统三维瞬态动力分析模型,模拟管道结构在持续性简谐外激励下,考虑不同振幅和不同频率的管道结构的动力学特性,着重研究管道结构发生共振后的动力响应。最终研究结果表明,实际工程安全设计中管道结构不涉及高阶共振的影响,需避开管道系统的1阶自振频率。通过本文的物理模型试验及数值模拟计算可见,有限元方法在工程设计和施工中可有效帮助避开对工程不利的因素。同时本研究对压力管系统道的设计、施工方面,提升工程的安全可靠性具有一定的参考价值。
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