埋地管道随机振动的摄动分析

埋地管道的材料特性和沿线的土壤性质存在差异,对这种差异性采用随机参数描述有一定的合理性,因此在管道的随机振动分析中考虑结构参数的随机性是必要的,对于管道的抗震设计具有现实意义.对于在空间相关的地震地面随机激励下的埋地管道,将结构参数看作是随机变量,采用摄动分析法,推导了随机响应的相关函数和功率谱密度函数的解析表达式,大大方便了工程应用.针对某输油管道,给出了计算结果.     

基于分段Knothe函数的采空区埋地管道动态力学特性研究

针对穿越采空区埋地管道的动态力学预测问题,本文在概率积分法基础上将煤矿开采距离定义为开采时间与开采速度的乘积,采用分段Knothe函数模型并使用叠加原理,建立了在管-土协同变形期间水平煤层及缓倾斜煤层下埋地管道的动态下沉模型;在此基础上,运用弹性地基梁模型求解管道的挠度并结合分段Knothe函数建立了管道动态力学预测模型.结果表明:通过对比理论计算数据与实测数据可知,基于分段Knothe函数的预测方法能够比较真实地反映埋地管道的动态下沉位移及不断开采对埋地管道下沉变化的客观规律,且通过管道挠度方程能准确预测管道的动态力学行为.     

埋地燃气管道泄漏气体扩散机理分析

基于多孔介质理论和流体力学,在土壤-大气模型下,通过CFD软件对不同土壤工况影响下的埋地天然气管道的泄漏扩散过程进行仿真模拟,得出了埋地燃气管道泄漏事故发生后,不同土壤工况下天然气在土壤、空气中的扩散规律和危险区域范围的演变过程,以及泄漏事故发生后1h内地面上天然气质量流量变化情况.结果表明:埋地燃气管道泄漏事故发生后,土壤中的天然气呈以泄漏孔为中心的椭球形分布,天然气扩散至地面后,地面上会出现天然气的液池现象,天然气在土壤中的扩散速率越大,地面上天然气液池的范围越大;沙土、壤土、黏土工况下天然气在土壤和空气中的危险半径依次降低,地面上天然气的质量流量依次减小.     

管道液体流速对超声导波纵向模态传播的影响分析

建立了充液管道中液体流动时超声导波纵向模态的群速度频散方程,研究了模态、激励频率对载流管道内超声导波传播的影响。在数值仿真的基础上,利用环形压电阵列在载流管道中激励接收频率305kHz的L(0,5)模态,对纵向模态在载流管道中的传播特性进行了实验研究。研究结果表明,载流管道内频率305kHz的L(0,5)模态的群速度与液体流速呈近似线性变化。实验结果与理论分析结果相符,该结论为载流管道流量在线测量提供了一种新方法,为超声导波流量计的研制打下了理论基础。     

跨断层埋地油气管道屈曲行为研究

为研究断层作用下埋地管道失效模式,建立了管土耦合三维数值计算模型,分析了不同地层位错量下无压和压力管道的力学行为及失效模式.结果表明:断层运动下埋地管道发生弯曲变形,并非完全与围土接触,整个管段摩擦力并非均匀分布;随着位错量增大,管道变形曲线由S形变为Z形,同时管道轴向应力逐渐增大;当位错量大于4D时,无压管道出现两处压溃,其变形过程分为弯曲状态、临界状态、压溃状态;不同内压管道呈现出不同屈曲形貌,随内压增大,管道屈曲形貌由压溃变为皱起;当内压大于0.4Pmax时,管道屈曲部位出现一道皱起,内压越大,起皱幅度越大;压力管道变形过程可分为弯曲状态、临界状态、起皱状态.该研究结果可为跨断层埋地管道施工设计、安全评价、维修防护等提供参考和依据.     

埋地管道的横向静力分析耦合模型及其解耦条件

现有埋地管道横向静力分析中的刚性管假设可以实现横向分析与纵向分析的解耦,但往往与实际情况不符.为此,本文根据埋地管道的受力特点,建立了考虑纵向内力影响的横向静力分析耦合模型.基于此耦合模型,结合挠曲线方程与纵向内力的关系,推导出横向分析和纵向分析的解耦条件,为建立解耦模型提供了理论基础.与此同时,一方面为便于实用,另一方面为检验解耦模型的误差,文中针对圆环形管道导出了其横截面剪应力分布规律,给出了埋地管道横向静力分析的实用耦合模型,并结合弹性中心法,建议和提出了耦合模型的实现算法.最后,采用耦合模型对两端固定的埋地给水管道进行了横向内力分析及解耦模型的误差探讨.结果表明,管道两端处纵向剪力对横向内力影响显著,解耦模型误差很大;但随着与管端距离的增加纵向剪力的影响急剧减小,近跨中区域解耦误差几乎可忽略不计.     

交通载荷作用下埋地含缺陷玻璃钢管道力学行为研究

为分析含缺陷玻璃钢管道在交通载荷作用下的力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立了含不同形状缺陷管道模型和不同埋深管土模型,研究了不同埋深、不同载荷及缺陷深度对管道不同层中截面沿环向应力分布规律的影响。结果表明,无缺陷管道各层应力分布均匀,含缺陷管道内区域层应力沿管材缠绕方向集中于缺陷对称角处;管道仅含轴向缺陷时管体应力峰值与应力突变幅度最大;缺陷相对深度对管道应力峰值影响较大。     

带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头的密封性研究

本文对直径为100mm带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头的强度进行了计算和实验分析研究.计算研究中根据在符合实际工程下确定带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头密封部位的应力和位移,以及对管道密封性能的影响;实验研究中根据对直径为100mm带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头进行符合实际工况的试验,测量绝缘接头密封部位的应力和位移,以及密封圈的受损程度.对计算和实验结果进行分析比较,确定带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头在装配中的最小预紧力,分析在不同因素作用下管道绝缘接头的安全性,并为其它直径类型带套管构件埋地燃气管道绝缘接头的设计提供可靠的依据.     

基于小波分析的超声导波管道裂纹检测方法研究

利用LS-DYNA970动态有限元分析软件对考虑横应变下的管道纵向超声导波损伤检测进行了数值模拟,分析了不同的激发频率对管道中导波频散现象的影响.选择适当的尺度和小波基函数,利用小波变换实现了对微弱且无法直接观测的缺陷检测信号的识别.同时通过时频分析研究了噪声信号在检测信号中的分布规律,并运用小波包分解和重构算法将信噪分离,实现高噪条件下管道微缺陷的损伤识别.     

广义Rayleigh波的频谱特性分析

本文导出了在加层半空间中广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ波的谱函数方程，研究了不同的材料组合对其频率特性的影响，并给出了广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ波的相速度随频率变化的计算曲线。     

多跨管道流固耦合振动的波传播解法

采用Timoshenko梁模型提出了求解多跨管道流固耦合振动的波动方法.借助边界处的几何连续条件和力平衡条件,得到了波在固支、简支和自由三种端部条件下的反射模型;建立了波在中间弹性支撑处的散射模型;结合以上散射模型,得到了多跨管道流固耦合振动的频率特征方程;通过计算两端简支管道的临界流速,验证了所建立模型的正确性.最后,计算了一段40m长、七跨管道在三种工况下的前五阶固有频率.计算结果表明:波传播方法具有易于编程、执行效率高和计算精度高的优点.     

输液曲管平面内振动的波动方法研究

采用Flügge曲粱模拟弯曲管道,推导了管内流体的加速度,在总体轴线不可伸长假定的基础上建立了曲管平面内振动的动力学方程;采用波动方法,获得了曲管内振动波的传播和反射矩阵,提出了计算曲管平面内振动固有频率的数值方法.算例分析中,通过计算两端固定半圆形曲管的临界流速并与已有文献结果对比,验证了论文方法的正确性.最后,计算了两端固定半圆形曲管在四种不同流速下的前四阶固有频率,结果表明,管内流速的增大会降低管道的固有频率,当流速增大到某一特定值时,管道的一阶固有频率消失.     

THE POWER FLOW AND TRAVELING WAVE APPROACH TO THE VIBRATION ANALYSIS OF BASE-ISOLATED MULTI-STOREY BUILDINGS

The receptance approach to periodic structure theory is applied to studythe wave propagation and vibration power flow into a base-isolated multi-storeybuilding due to horizontal harmonic ground motion.Multi-storey buildings andlaminated rubber bearings have been modeled as periodic systems in this paper.Although the simplified model considered is quite simple,it is expected that it will bringforth the key differences between continuous and a single freedom systems.The resultsindicate that the isolation effectiveness depends on not only the number of storeys ofthe laminated rubber bearings but also the frequency characteristics of thesuperstructure.     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF FINITE L-SHAPED BEAM WITH TRAVELLING WAVE APPROACH

In this paper, the disturbance propagation and active vibration control of a finite L-shaped beam axe studied. The dynamic response of the structure is obtained by the travelling wave approach. The active vibration suppression of the finite L-shaped beam is performed based on the structural vibration power flow. In the numerical calculation, the influences of the near field effect of the error sensor and the small error of the control forces on the control results are all considered. The simulation results indicate that the structural vibration response in the medium and high frequency regions can be effectively computed by the travelling wave method. The effect of the active control by controlling the power flow is much better than that by controlling the acceleration in some cases. And the control results by the power flow method are slightly affected by the locations of the error sensor and the small error of the control forces.     

具有基础隔振器结构在风载激励下的振动响应分析

具有分段线性特征的随机振动系统能借助于马尔柯夫扩散过程理论精确积分，并由此产生多维分布密度及统计量，本文应用这种协方差分析法确定具有基础隔振器的高层建筑在脉动风和平均风共同作用下结构响应统计量和多维分布密度。     

FORCED WAVE PROPAGATION IN VISCOELASTIC CABLE WITH SMALL SAG

Based on the linear viscoelastic differential constitutive law and cable structural model, the coupled longitudinal-transverse waves that propagate along a viscoelastic cable with small curvature is investigated. A mathematical model is presented that describes the three-dimensional nonlinear response of a viscoelastic cable. An asymptotic form of this model is obtained for the linear response of cables having small equilibrium curvature. The spectral relation governing the propagating waves is derived using transform methods. The spectral relation is employed in deriving a Green's function that is then used to construct solutions for in-plane response under distributed harmonic excitation. Analysis of forced response reveals the existence of two types of periodic waves that propagate through the cable, one characterizing extension-comprehensive deformation and the other characteristic transverse deformation. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 59635140).     

MODELLING OF WAVE PROPAGATION IN THE NEARSHORE REGION USING THE MILD SLOPE EQUATION WITH GMRES-BASED ITERATIVE SOLVERS

The mild slope equation in its linear and non-linear forms is used for the modelling of nearshore wave propagation. The finite difference method is used to descretize the governing elliptic equations and the resulting system of equations is solved using GMRES-based iterative method. The original GMRES solution technique of Saad and Schultz is not directly applicable to the present case owing to the complex coefficient matrix. The simpler GMRES algorithm of Walker and Zhou is used as the core solver, making the upper Hessenberg factorization unneccessary when solving the least squares problem. Several preconditioning-based acceleration strategies are tested and the results show that the GMRES-based iteration scheme performs very well and leads to monotonic convergence for all the test-cases considered.     

Kinetic Models for a Gas Filled Porous Matrix. WAVE PROPAGATION

The propagation of small perturbation in a gas filled porous matrix is investigated. The skeleton is supposed rigid and governed by the energy balance equation, where the heat exchanged between the two phases is taken into account. The Boltzmann equation is written for the gas where the integrals of the collisions between gas and solid particles are evaluated as those for the particles of a mixture. Different choices of the time and space scales lead to models equations which hold for different rarefaction regimes. The wave propagation characteristics are then dealt with in various situations.     

管道振动引起辐射噪声场的有限元分析

对于管束振动引起的辐射声场的分析,利用解析法较为困难．运用有限元分析法对管道耦合振动噪声进行了比较系统的分析,得到一系列有益结果,为振动噪声控制提供了理论依据．     

广义协调元在薄壳自由振动分析中的应用

本文采用２０个自由度的矩形平板型壳单元分析薄筒壳自由振动问题。在文献（１）的基础上，将广义协调元的应用范围扩大到了壳体分析中，目的是找出简单实用的方法分析板壳这类具有特殊性质的结构。该单元由平面应力单元和平板弯曲单元经简单叠加而成，是一种性能良好的单元。沿用常规作法非常便利，程序容易实现。经算例验证，该单元自由度少，精度较好，实用方便，适合于工程应用。