تحلیل پایداری استاتیکی و دینامیکی لولههای حامل جریان سیال با شرایط مرزی مختلف

عسکریان, عبدالرضا; زاهدی, میلاد

تحلیل پایداری استاتیکی و دینامیکی لولههای حامل جریان سیال با شرایط مرزی مختلف

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

¹ Iran, Kerman Province, Vali-e-Asr University of Rafsanjan Mechanical Engineering Department

² Iran, Kerman Province, Vali-e-Asr University of Rafsanjan

چکیده

در این مقاله، پایداری لولههای حامل جریان سیال تحت شرایط مرزی مختلف بررسی شده است. لوله مورد بررسی با استفاده از تئوری تیر
اویلر برنولی مدل و اثرات جریان سیال که شامل نیروهای اینرسی، کریولیس و گریز از مرکز است، به صورت یک بار گسترده عرضی در امتداد -
طولی لوله لحاظ گردیده است. به منظور دست یابی به طیف گستردهای از شرایط مرزی مختلف و بررسی اثر آن بر دینامیک مساله، ابتدا و
انتهای لوله توسط دو فنر کششی و دو فنر خمشی خطی مقید شده است. معادله حاکم با استفاده از اصل همیلتون تعمیم یافته استخراج و به
کمک روش جداسازی متغیرها و روش گلرکین به صورت ماتریسی بیان شده است. سپس، با استفاده از روش استاندارد تجزیه و تحلیل مقدار
ویژه به تحلیل پایداری سیستم مورد بررسی پرداخته شده و اثر پارامترهایی همچون سرعت و جرم سیال، گرانش و انواع شرایط مرزی بر نوع و
مرز ناپایداری لوله حامل جریان مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج قابل توجهی به دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26455323.1400.17.1.1.2

عنوان مقاله [English]

Static and Dynamic Stability Analysis of Pipes Conveying Fluid with Different Boundary Conditions

نویسندگان [English]

Abdolreza Askarian ¹
Milad Zahedi ²

¹ Iran, Kerman Province, Vali-e-Asr University of Rafsanjan Mechanical Engineering Department

² Mechanical Engineering Department

چکیده [English]

In this paper, stability analysis of pipes conveying fluid is considered. The pipe structure is modelled using the Euler-Bernoulli beam theory and the fluid flow effect is taken into account as a distributed load along the pipe length which contains the inertia, Coriolis and centrifugal forces. In order to achieve different boundary conditions, both ends of the pipe are constrained with two lateral and two bending linear springs. The governing equation of the system is developed using the extended Hamilton’s principle and expressed in the matrix form by applying the method of separation of variables and the Galerkin technique. Then, via the standard eigenvalue analysis method the stability analysis of the system is done and effects of some parameters such as mass flow, gravity and the type of pipes’ boundary condition on the type of instability and the stability margin of the pipe conveying fluids are considered and some conclusions are drawn.

کلیدواژه‌ها [English]

Pipes Conveying Flow
Stability
Flutter
Divergence
Boundary Conditions

مراجع

Noah, S.T., Hopkins, G.R. “Dynamic Stability of Elastically Supported Pipes Conveying Pulsating Fluid”. J. Sound Vib. Vol. 71, No. 1, pp. 103-116, 1980.##
Jin, J. D. “Stability and Chaotic Motions of a Restrained Pipe Conveying Fluid”. J. Sound Vib. Vol. 208, No. 3, pp. 427-439, 1997.##
Elishakoff, I., Impollonia, N. “Does a Partial Elastic Foundation Increase the Flutter Velocity of a Pipe Conveying Fluid?”. J. Appl. Mech. Vol. 68, No. 2, pp. 206-212, 2001.##
Doaré, O., De Langre, E. “Local and Global Instability of Fluid-Conveying Pipes on Elastic Foundations”. J. Fluids Struct. Vol. 16, No. 1, pp. 1-14, 2002.##
Ryu, B.J., Ryu, S.U., Kim, G.H., Yim, K.B. “Vibration and Dynamic Stability of Pipes Conveying Fluid on Elastic Foundations”. KSME Int. J. Vol. 18, No. 12, pp. 2148-2157, 2004.##
Chellapilla, K.R., Simha, H.S. “Critical Velocity of Fluid-Conveying Pipes Resting on Two-Parameter Foundation”. J. Sound Vib. Vol. 302, No. 1-2, pp. 387-397, 2007.##
Yi-min, H., Seng, G., Wei, W., Jie, H. “A Direct Method of Natural Frequency Analysis on Pipeline Conveying Fluid With Both Ends Supported”. Nucl. Eng. Des. Vol. 253, pp. 12-22, 2012.##
Wang, L., Dai, H.L. “Vibration and Enhanced Stability Properties of Fluid-Conveying Pipes With Two Symmetric Elbows Fitted at Downstream End”. Arch. Appl. Mech. Vol. 82, No. 2, pp. 155-161, 2012.##
Chen, W. H., Fan, C. N. “Stability Analysis With Lumped Mass and Friction Effects in Elastically Supported Pipes Conveying Fluid”. J. Sound Vib. Vol. 119, No. 3, pp. 429-442, 1987.##

Abdelghany, S.M., Ewis, K.M., Mahmoud, A.A., Nassar, M. M. “Dynamic Response of Non-Uniform Beam Subjected to Moving Load and Resting on Non-Linear Viscoelastic Foundation”. Beni-Suef univ. j. basic appl. sci. Vol. 4, No. 3, pp. 192-199, 2015.##
Kheiri, M., Païdoussis, M.P., Del Pozo, G.C., Amabili, M. “Dynamics of a Pipe Conveying Fluid Flexibly Restrained at the Ends”. J. Fluids Struct. Vol. 49, pp. 360-385, 2014.##
Kheiri, M., Païdoussis, M.P. “Dynamics and Stability of a Flexible Pinned-Free Cylinder in Axial Flow”. J. Fluids Struct. Vol. 55, pp. 204-217, 2015.##
Mohamed, J.A., Mohammed, Q., Hatem, R. “Stability Analysis of Pipe Conveying Fluid Stiffened by Linear Stiffness”. Int. J. Curr. Eng. Technol. Vol. 6, No. 5, pp. 1764-1769, 2016.##
Paidoussis, M.P. “Fluid-Structure Interactions”: slender structures and axial flow (Vol. 1). Academic Press, 1998.##

Askarian, A.R., Haddadpour, H., Firouz-Abadi, R.D., Abtahi H. “Nonlinear Dynamics of Extensible Viscoelastic Cantilevered Pipes Conveying Pulsatile Flow With an End Nozzle”. Int. J. Non Linear Mech. Vol. 91, pp. 22-35, 2017.##