混凝土泵车输送管道的流固耦合振动问题研究

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混凝土输送管道是混凝土泵车的重要组成部分,在管道混凝土输送过程中,由于管壁与混凝土之间相互作用,将产生流固耦合现象,从而引起管道振动。同时由于管道转弯处速度方向变化和压力大小改变,都将对臂架施加动载荷,臂架体系的振动会降低混凝土泵车的使用寿命。因此,研究动载荷下混凝土泵车输送过程的流固耦合振动等问题具有实际意义。  本文以混凝土泵车臂架体系为研究对象,探讨了管道输送混凝土过程中的流固耦合振动问题和动载作用下的臂架承载问题。分析了臂架、管道与混凝土的流固耦合动力特性。针对混凝土泵车输送管道的混凝土输送问题,分别对混凝土与管道建立简化的力学模型,获得了描述混凝土泵车输送管道流固耦合振动问题的非线性偏微分方程。应用相似原理对模型进行参量无量纲化处理。引入有限差分原理,构建了具有五点差分格式的差分方程,为响应的编程计算和仿真分析奠定基础。基于无量纲化后五点差分格式的非线性差分方程,应用VisualBasic6.0可视化程序平台,编写差分方程求解计算程序,分析了悬臂边界条件和简支边界条件的两类管道响应问题。获得管道在输送混凝土过程中振动响应随时间变化的规律,为计算管道输送混凝土过程中的流固耦合问题提供了理论依据。针对混凝土泵车臂架结构体系,分析臂架受力产生的弯矩方程,采用VisualBasic6.0编写优化程序求解了最大弯矩所对应的位姿,分析了混凝土浇筑过程对臂架的作用力。为臂架结构的优化设计提供理论依据。  论文创新点在于引入差分算法求解混凝土泵车输送管道的流固耦合非线性振动偏微分方程,并模拟了浇筑过程中的流固耦合振动响应。为现代工程机械设备动力学研究提供参考。
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