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随着输流管道系统广泛运用于生活生产中的多个领域,输流弯管作为输流管道系统中重要的一部分被越来越重视,因此全面了解弯管系统的耦合振动特性,对于管道系统的设计和使用具有重大的实际运用价值。本文运用ANSYS Workbench软件研究了输流弯管的耦合振动特性,主要工作如下:(1)建立了输流弯管系统在管道系统和流体之间耦合作用的FSI方程模型,FSI方程模型由轴向伸缩4方程、横向弯曲x-z平面4方程、横向弯曲y-z平面4方程、和管道扭转2方程组成,从轴向运动、横向运动、扭转运动三个方向描述管道在耦合过程中的运动状态。(2)运用ANSYS Workbench软件对弯管流固耦合流场与应力应变进行仿真计算。建立不同弯曲半径的弯管有限元模型,从流体流速、管壁压力、总变形、应变、应力的角度讨论弯曲半径对弯管耦合振动特性的影响。分析流体流速迹线图得出,随着管道弯曲半径的增大,弯管内流体流速显著增加,且弯头处内侧流速最大,外侧流速最小;弯曲半径的越小,对流体流速的抑制作用越大。分析管壁压力云图得出,随着管道弯曲半径的增大,管道内壁受压减小,弯头处内侧受压最小,外侧受压最大;弯头的弯曲半径影响着弯管内的应力分布;管道弯曲半径对控制管道内流体流速和管道内壁压力有显著的作用。分析管道总变形、应力应变得出,管道入口压强对管道总变形的影响显著,随着弯管道弯曲半径的增大,最大主应力和最大主应变先下降后上升,最小主应力和最小主应变先上升后下降。(3)运用ANSYS Workbench软件对弯管进行振动模态分析,分别建立空弯管和充液弯管有限元模型,通过模态分析得到空管和充液管道的固有频率及振型图。对比空弯管与充液弯管固有频率,发现充液管道的固有频率大于空管道固有频率,说明弯管中液体的流动产生的压力使管壁受到“拉直”作用,这种作用使管道弯曲刚度增加从而导致固有频率增大。分析振型图及空管固有频率得出,随着弯曲半径的增大,弯管道固有频率增大明显,在弯曲半径较大时趋于稳定。