flow induced vibrations, parametric resonance, hydraulic hoses and pipes
Abstrakt
Praca dotyczy problemu drgań przewodów wywołanych pulsacyjnym przepływem cieczy. Analizie poddano model opisujący drgania prostoliniowego przewodu. Ruch opisano układem nieliniowych równań różniczkowych cząstkowych o okresowo zmiennych współczynnikach. Analizę przeprowadzono metodą Galerkina z wykorzystaniem wielomianów ortogonalnych jako funkcji kształtu. Do wyznaczenia obszarów niestabilnych zastosowano teorię Floqueta. Zbadano wpływ warunków brzegowych oraz wybranych parametrów na zakresy stabilności układu i obszary podwyższonej intensywności drgań. Zbadano charakter i formy drgań, wykazując możliwość wzbudzania się drgań okresowych, prawie okresowych, podharmonicznych i chaotycznych w zakresach rezonansów. Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych drgań przewodów hydraulicznych wzbudzonych pulsacyjnym przepływem cieczy. Stwierdzono możliwość powstania zjawiska rezonansu parametrycznego dla kilku kolejnych form drgań, a także rezonansów kombinowanych. Badano wpływ częstotliwości i amplitudy pulsacji, średniej prędkości przepływu, ciśnienia wewnętrznego, długości przewodu i temperatury na zakresy drgań parametrycznych. Wartości podstawowych parametrów, opisujących właściwości mechaniczne elastycznego przewodu, wyznaczono doświadczalnie. Rezultaty eksperymentów porównano z wynikami symulacji numerycznych.
The problem of hydraulic hoses and pipes vibrations induced by pulsating fluid flow is considered in the present work. The model describing vibrations of a straight pipe has been analysed. The motion has been described with a set of non-linear partial differential equations with periodically variable coefficients. In the analysis Galerkin method has been applied using orthogonal polynomials as shape function. To determine instability regions Floquet theory has been employed. The influence of boundary conditions and selected parameters on the instability regions and regions of increased vibration level has been investigated. The character and form of vibrations have been investigated indicating the possibility of excitation of periodic, quasi-periodic, sub-harmonic and chaotic vibrations in the resonance ranges. The results of experimental studies of hoses and pipes vibrations induced by a pulsating fluid flow have been presented. It was found that there is a possibility of parametric resonances: principal and combination associated with certain modes of vibrations. The influence of frequency and the amplitude of pulsation, average flow velocity, pressure inside pipe, the length of the hose, and the temperature on the ranges of parametric vibrations was analysed. The values of basic parameters which describe the hose’s mechanical properties were identified experimentally. The results of the experiments were compared with the results of numerical simulations.
Klasyfikacja PKT
370000 Budowa maszyn. Przemysł maszynowy i metalowy
