InTech-Noise_and_vibration_in_complex_hydraulic_tubing_systems

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深水钢悬链立管的双向涡致疲劳损伤时域模型

深水钢悬链立管的双向涡致疲劳损伤时域模型

动水作用力 , 进 而推导 出一种新 的尾流振子模 型来预报立管结构 的双 向涡激振动 响应 . 使用该模 型对深水钢悬链 立管 的 双 自由度涡激振动问题进行数值计算. 结果表 明 , 在均匀流作用下 , 立管横 向和流 向振动呈现稳定 的驻波振动形 态 ; 在剪 切流作用下 , 立 管各 节点的运动轨迹可能不会得到稳 定 的… 8’ 字形 , 沿 管方 向的驻波振 动形态 被打破 , 形成 贯穿结构 整 体、 同时各处振 幅趋于均匀的行波振动状态. 相 比仅考虑横 向疲 劳而言 , 双向涡致疲 劳分 析更能全 面评估结 构的疲 劳损 伤情况 , 尤其在深水钢悬链立管 的结构分析 中, 顺 流向疲劳 问题应给予充分 的关注 . 关键词 : 钢悬链立管 ; 双 自由度涡激振动 ; 流 固耦合 ; 离散点 涡方法 ; 疲劳损伤 ; 时域模型
Q I N We i , K A N G Z h u a n g , S O N G R u x i n , S U N L i p i n g
( D e e p w a t e r E n g i n e e i r n g R e s e a r c h C e n t e r , C o l l e g e o f S h i p b u i l d i n g E n g i n e e r i n g , H r a b i n E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y , H a r b i n 1 5 0 0 0 1 , C h i n a )
v i b r a t i o n( V I V) . T h e V I V r e s p o n s e o f d e e p w a t e r S C R h a s b e e n c l a c u l a t e d n u me r i c a l l y b y c u r r e n t r e s e a r c h m o d e l s .

P110S在高温CaCl_(2)完井液中的腐蚀规律研究

P110S在高温CaCl_(2)完井液中的腐蚀规律研究
针对上述问题,本工作利用高温高压反应釜,结合 失重法、电化学法、U弯法、SEM及XRD测试分析等手 段,从温度、CO?侵入及塑性变形3个方面对P110S在 CaCb完井液中的腐蚀行为影响进行了研究,研究结果 为三超油气井开发过程中完井液的选择提供了数据支 撑与理论依据。
1试验
试验材料采用P110S钢材,其化学成分如表1所 示。试验试样分为挂片试样和U弯试样,挂片试样尺 寸为50 mmX 13 mmX3 mm, U形弯试样尺寸为80.0 mmX20.0 mmX2.5 mm,电化学试样尺寸为10 mmXlO mmX3 mm,表面粗糙度Ra为0.8 |JLmo
[摘 要]面对日益苛刻的井下腐蚀工况,关于油井套管在高温CaCl2完井液中的服役性能有待进一步明确。同
时,CO?侵入、管体塑性变形等也会对油管的耐蚀性及开裂敏感性产生影响 。为此,利用高温高压反应釜进行腐蚀
模拟试验,采用失重法、电化学法、SEM、XRD测试分析等手段,对P110S在高温CaCl2完井液中的腐蚀行为进行了
Key words: Pl 10S; CaCl2 completion fluid; temperature; CO2 corrosion; plastic deformation
0前言
作为一种清洁无固相盐水完井液,CaCJ完井液具 有防塌、抗污染、稳定性能良好等优点,被广泛应用于 油气田完井过程中[1'4]o目前,关于油套管在CaCb完 井液中的耐蚀性能及应力腐蚀开裂敏感性的研究报道 比较有限[5-13] o已有研究日⑻表明,马氏体不锈钢在 CO?饱和的CaCJ完井液中,其点蚀电位及维钝电流密
表1 P110S的化学成分
元素
C
Mn
Mo
Cr
Ni
w/% 元素

BI@ZIF-8

BI@ZIF-8

表面技术第53卷第8期轴向应变作用下含腐蚀缺陷X80管道氢渗透的有限元分析刘韦辰1,2,韦博鑫1,2*,尹航1,2,许进1,2,于长坤1,孙成1,2(1.中国科学院金属研究所 辽宁沈阳土壤大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站, 沈阳 110016;2.中国科学技术大学 材料科学与工程学院,沈阳 110016)摘要:目的研究在役天然气管道掺氢输送条件下氢原子在管道腐蚀缺陷处的扩散和分布情况及应变对腐蚀缺陷处氢扩散行为的影响。

方法利用COMSOL软件,将固体力学模型和扩散模型相结合,建立了基于有限元的氢原子扩散渗透模型,研究了在纵向拉伸应变作用下X80钢制管道不同尺寸腐蚀缺陷处氢原子的分布情况。

结果在没有拉伸应变的情况下,氢原子一旦进入管道内,在浓度梯度的驱动下,沿径向梯度扩散到管道内。

当在管道上施加应变时,氢原子的扩散受到静水应力的驱动。

氢原子在腐蚀缺陷处的最大浓度超过了进入管道的氢原子初始浓度。

结论氢原子在腐蚀缺陷处聚集。

此外,施加的拉伸应变也影响氢原子聚集的位置,随着缺陷长度的减小和深度的增大,在内壁腐蚀缺陷处,更多的氢原子会集中在缺陷中心和尖端。

关键词:X80管道;氢扩散;腐蚀缺陷;应变;有限元模拟;点蚀中图分类号:TE832 文献标志码:A 文章编号:1001-3660(2024)08-0084-09DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.008Finite Element Analysis of Hydrogen Permeation in X80Pipeline with Corrosion Defects under Axial StrainLIU Weichen1,2, WEI Boxin1,2*, YIN Hang1,2, XU Jin1,2, YU Changkun1, SUN Cheng1,2(1. Liaoning Shenyang Soil and Atmosphere Corrosion of Material National Observation and Research Station,Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2. School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Shenyang 110016, China)ABSTRACT: One potential issue in using existing natural gas pipelines to transport hydrogen in the form of hydrogen blending natural gas is hydrogen damage of high-strength pipeline steel. The hydrogen damage of pipelines is closely related to the diffusion and trapping of hydrogen atoms in pipeline steel. The diffusion and distribution of hydrogen atoms at corrosion defects in in-service natural gas pipelines under the condition of hydrogen blending transportation, and the effect of strain on hydrogen diffusion behavior at corrosion defects are unclear. In this paper, a hydrogen atoms diffusion model was established based on the finite element method by COMSOL software to combine the solid mechanics model and the diffusion model. The distribution of收稿日期:2023-05-31;修订日期:2023-09-26Received:2023-05-31;Revised:2023-09-26基金项目:国家自然科学基金(51871228);中国科学院金属研究所创新基金(2023-PY12)Fund:National Natural Science Foundation of China (51871228); Innovation Fund of Institute of Metals Research, Chinese Academy of Sciences (2023-PY12)引文格式:刘韦辰, 韦博鑫, 尹航, 等. 轴向应变作用下含腐蚀缺陷X80管道氢渗透的有限元分析[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 84-92.LIU Weichen, WEI Boxin, YIN Hang, et al. Finite Element Analysis of Hydrogen Permeation in X80 Pipeline with Corrosion Defects under Axial Strain[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 84-92.*通信作者(Corresponding author)第53卷第8期刘韦辰,等:轴向应变作用下含腐蚀缺陷X80管道氢渗透的有限元分析·85·hydrogen atoms at different sizes of corrosion defects in X80 pipelines under longitudinal tensile strain was studied. The mechanical curve of X80 steel was obtained through experiments before modeling. This article adopted the Ramberg-Osgood (R-O) relationship for X80 steel in order to obtain better computational efficiency and accuracy, and to better describe the nonlinear mechanical properties of the material. For further analyzing the effect of strain on the hydrogen atom diffusion at the corrosion defect, a geometric model containing corrosion defects on the inner wall of the pipeline was established, in which the thickness of the pipeline wall was 12.7 mm and the length of the pipeline section was 3 000 mm. For boundary conditions, assuming that no hydrogen atoms initially entered the steel, the initial diffusion surface was the interface between hydrogen and the inner surface of the pipeline (i.e. the inner wall of the pipeline), and the initial diffusion hydrogen atom concentration was10 mol/m3. The loads were 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.5%, 0.8%, and 1% longitudinal tensile strains to simulate the effect ofground motion. The local strain at the corrosion defect was variable. Afterwards, the grid was divided and solved using the direct solver MUMPS. Analyzing the results could lead to the following conclusions: under the free state, once hydrogen atoms entered the steel, they would diffuse radially driven by concentration gradients. When the pipeline suffered from the strain, the diffusion of hydrogen atoms was driven by hydrostatic stress. The maximum concentration of hydrogen atoms at the corrosion defect exceeded the initial concentration of hydrogen atoms, indicating that the hydrogen atoms accumulated at the corrosion defect. For the corrosion defects on the inner wall of the pipeline, the application of tensile strain would greatly change the distribution of hydrogen atoms in the pipeline. The maximum concentration of hydrogen atoms always occurred near the center of the corrosion defect and near the outer wall of the pipeline, while the concentration of hydrogen atoms was lower in other areas of the pipeline. As the length of the inner wall corrosion defect decreased and the depth increased, more hydrogen atoms concentrated at the center and tip of the corrosion defect. When the depth of the defect was constant, the accumulation of hydrogen atoms at the corrosion defects on the inner wall of the pipeline became more and more obvious as the length of the defect decreased. In other words, narrow corrosion defects tended to aggregate more hydrogen atoms. Similarly, when the defect length was constant, the concentration of hydrogen atoms increased as the corrosion defect deepened.KEY WORDS: X80 pipelines; hydrogen atom diffusion; corrosion defect; strain; finite element modeling; pitting氢能作为一种洁净能源,在世界各国能源转型中的应用价值日益突显,同时,也是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的重要能源载体[1-2]。

基于Bentley_Hammer的长距离有压管道输水工程的水锤防护研究

基于Bentley_Hammer的长距离有压管道输水工程的水锤防护研究

总第876期第5期2024年3月河南科技Henan Science and Technology矿业与水利工程收稿日期:2023-09-29作者简介:丁家乐(1998—),男,硕士生,研究方向:水力学;杨明伟(2000—) ,男 ,硕士生,研究方向:水力学。

基于Bentley Hammer 的长距离有压管道输水工程的水锤防护研究丁家乐 杨明伟(华北水利水电大学,河南 郑州 450000)摘 要:【目的】在长距离有压管道输水工程中,因管道内部水流条件复杂而容易产生水锤现象,不仅会影响水流正常输送,还可能导致管道破裂。

因此,有必要进行长距离有压管道输水工程的水锤防护研究。

【方法】基于台前县城乡供水一体化南水北调配套工程,通过Bentley Hammer 软件,在最不利工况下分别建立三种数值模拟模型:无防护措施、加装复合式高速进排气阀水锤防护、气囊式空气罐和复合式高速进排气阀,进行联合水锤防护,对以上三种情况进行水力过渡过程数值模拟分析,研究复合式高速进排气阀与气囊式空气罐联合防护时的水锤防护效果以及气囊式空气罐的防护能力与预设压力和罐体体积之间的关系。

【结果】结果表明:复合式高速进排气阀和气囊式空气罐可以很好地消除管道内水锤带来的危害,气囊式空气罐防护能力随着罐体体积和预设压力的增大而增强,罐体体积对其防护能力影响更显著。

【结论】选择合理的罐体体积和预设压力可以使水锺防护发挥最好的防护效果,最大化输水工程的经济性。

关键词:水锤;水锤防护;复合式高速进排气阀;气囊式空气罐;Bentley Hammer中图分类号:TV675 文献标志码:A 文章编号:1003-5168(2024)05-0032-07DOI :10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.05.007Research on Water Hammer Protection for Long-Distance PressurizedPipeline Water Transmission Project Based on Bentley HammerDING Jiale YANG Mingwei(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450000, China )Abstract: [Purposes ] In the long-distance pressurized pipeline water conveyance project, water hammeris easy to occur due to the complex water flow conditions inside the pipeline, which will not only affect the normal transportation of water flow, but also lead to pipeline rupture. Therefore, it is necessary to study the water hammer protection of long-distance pressurized pipeline water conveyance project.[Methods ] Based on the supporting project of the South-to-North Water Diversion Project of the integra⁃tion of urban and rural water supply in Taiqian County, three numerical simulation models were estab⁃lished under the most unfavorable conditions by Bentley Hammer software : no protective measures, in⁃stallation of composite high-speed intake and exhaust valve water hammer protection, airbag air tank and composite high-speed intake and exhaust valve. The combined water hammer protection is carried out, and the numerical simulation analysis of the hydraulic transition process is carried out in the above three cases. The water hammer protection effect of the combined protection of the composite high-speedintake and exhaust valve and the airbag air tank is studied, and the relationship between the protectionability of the airbag air tank and the preset pressure and the volume of the tank is studied. [Findings ] Theresults show that: composite high-speed inlet and exhaust valves and airbag air tanks can be well elimi⁃nate the hazards of water hammer in the pipeline, the protection ability of the airbag air tank increases with the increase of the tank volume and the preset pressure, and the tank volume has a more significant effect on its protection ability.[Conclusions] Selecting a reasonable tank volume and preset pressure will allow it to provide the best protection and maximize the economics of the water transfer project. Keywords: water hammer; water hammer protection; compound high speed intake and exhaust valve; bal⁃loon type air tank; Bentley Hammer0 引言我国水资源分布不均匀,长距离有压管道输水工程在水资源配置优化方面具有重要作用[1]。

广东高速公路隧道排水系统淤堵类型及淤堵状态评价

广东高速公路隧道排水系统淤堵类型及淤堵状态评价

http://www.renminzhujiang.cnDOI:10 3969/j issn 1001 9235 2024 02 013第45卷第2期人民珠江 2024年2月 PEARLRIVER基金项目:广东省交通集团有限公司科技项目(JT2021YB23);广东省重点领域研发计划资助项目(2002B0101070001)收稿日期:2023-05-24作者简介:李克俭(1990—),男,本科,工程师,主要从事高速公路建设管养等工作。

E-mail:593974742@qq.com通信作者:刘夏冰(1989—),男,博士,工程师,主要从事隧道及地下工程方面的科研咨询工作。

E-mail:627665303@qq.com李克俭,刘夏冰,翁建宏,等.广东高速公路隧道排水系统淤堵类型及淤堵状态评价[J].人民珠江,2024,45(2):97-104,126.广东高速公路隧道排水系统淤堵类型及淤堵状态评价李克俭1,刘夏冰2,3,翁建宏1,周 瑜2,3(1.广东省政府还贷高速公路管理中心,广东 广州 510623;2.广东华路交通科技有限公司,广东 广州 510420;3.广东省隧道工程安全与应急保障技术及装备企业重点实验室,广东 广州 510420)摘要:为评估富水区运营公路隧道的排水系统淤堵状态,基于对广东省多座高速公路隧道的调研,总结了公路隧道排水系统病害与淤堵物类型,提出了淤堵状态评价方法,研究结果主要表明:①隧道渗漏水病害在时间上与季节性降雨密切相关,在空间上与岩溶等不良地质的分布紧密相连,排水系统淤堵导致的排水功能下降是隧道水害的重要原因;②公路隧道排水系统的淤堵物类型分为淤泥、砂石、混凝土块或异物、结晶物或结垢物,对淤堵状态提出的评价指标为充盈程度、流动状态、浑浊程度、堆积程度;③基于对淤堵状态评价指标优先级的划分,提出了公路隧道排水系统的淤堵状态评价方法,并将其成功应用于新屋隧道的排水系统整治工程中。

激波器-管道液压激振系统及控制规律研究

激波器-管道液压激振系统及控制规律研究
2 C l g fMe h n c lE g n e n . o l e o c a i a n i e r g,T iu n Un v ri f e h o o y,T iu n S a x 3 0 4, C i a; e i a y a i est o c n l g y T ay a h n i 0 2 0 hn
激 波 器 一管 道液 压 激 振 系统 及 控制 规 律研 究
魏 秀业 ,寇子 明 ,张 惠贤 ,陆春 月 ,逯子 荣
(.中北 大 学机 械 工程 与 自动化 学 院 ,山西 太原 00 5 ; .太原理 工 大 学机械 工程与 自动 化 学院 , 1 30 1 2
山西 太原 0 0 2 3 0 4;3 .山西 省矿 山流体控 制 工程技 术 中心 ,山西 太原 0 0 2 ) 304
3 S ax Poic n li C nrl n ier gR sac etr a u nS a x 0 0 2 ,C ia . hn i rvneMieFud ot gn ei eerhC ne ,T i a h n i 3 0 4 hn ) oE n y
Ab ta t Hy r ui u t ain me h n s wa t d e , t e h d a l x i n y tm o sse fw v — x i ra d p p l e w s sr c : d a l f cu t c a i cl o m ssu i d h y r u i e ct g s se c n i d o a e e ct n i e i a c i t e n c n t c e , a d t e c n rl n u e fr vb ain o y r u i ie i e wa t d e . P p e o ia ir t n w s p o u e y fe o sr t d u n o t l g r l o i rt f h d a l p p l s su id h oi o c n ie p r d c lv b ai a r d c d b r — i o q e c —h n e o t l n p n n d c o i g o v — x i r Hy r u i x i n e ts s m o s td o y r ui o e o r e u n y c a g rc nr l g o e i g a l s fwa e e ct . oi n n e d a l e ct g t s y t c n i e fh d a l p w r s u c , c i e s c e ct g vb ai n h d a l yi d r c n e td pp l e mo o rd vn a e e ctr a d w v — e ctr w r e p By c l c x i n i r t y r ui c l e , o n ce i ei , i o c n n trf r i g w v ・ x i n a e o i e x i e e s tu . e ol — e t g a d a a y i g t e vb ain sg as o i ei e o i e e tme s rme t on s t ep p l e vb a in lw wa b an d T e ts i n l zn i r t in l f p l n d f r n a u e n i t , h i ei ir t a so ti e . h e t n n h o p n f p n o

柴油机噪声测试与分析系统的开发及应用

柴油机噪声测试与分析系统的开发及应用

第1期2021年1月机械设计与制造Machinery Design&Manufacture67柴油机噪声测试与分析系统的开发及应用吴彪,申立中,毕玉华,彭国材(昆明理工大学交通工程学院云南省内燃机重点实验室,云南昆明650500)摘要:基于近场声全息(NAH)技术及空间快速傅里叶变换(FFT)算法,利用虚拟仪器软件Labview开发了柴油机噪声测试与分析系统;对系统中的数据采集模块、NAH模块、仿真程式模块进行了分析;通过已知声源进行仿真模型校正,该系统具有对噪声进行频域分析及识别的功能。

该文以直列四缸涡轮增压柴油机为测试对象,在次推力侧主要对1800r/ min、3000r/min两转速工况进行了测试及声压级分析;对主推力侧、发动机前端寻找最大声压级。

结果表明:系统仿真时能准确识别已知声源信号;1800r/min工况下,噪声幅值较大区域主要有:油底壳、带轮端、发电机与带轮端相接处等。

3000r/ min工况下,在气缸盖罩、带轮端、下缸体等位置产生了较大噪声;主推力侧、发动机前端都在高转速3600r/min,1410-2820Hz频段内出现最大声压级。

关键词:柴油机;声压级;虚拟仪器;声源识别;近场声全息技术中图分类号:TH16;TH212;TH213.3文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021)01-0067-05Development and Application of Noise Testing andAnalysis System for Diesel EngineWU Biao,SHEN Li-zhong,BI Yu-hua,PENG Guo-cai(Yunnan Key Laboratory of ICE,Kunming University of Science and Technology,Yunnan Kunming650500,China)Abstract:Based on near-field acoustical holography(NAH)technology and space fast Fourier transform(FFT)algorithm,a noise measurement and analysis system for diesel engine was developed using virtual instrument software Labview.The block diagrams of data acquisition module,NAH module,and simulation program,module in the system were analyzed.Calibrated by the sampling data of a known sound source9the system can be used to analyze and identify f requency domain of the noise. Taking a in-line four-cylinder turbocharged diesel engine as the test object,the sub-thrust side working conditions of the 1800i/min and300(Wmin were tested and corresponding sound pressure leveLThe maximum sound pressure levels of the main thrust side and the engine front were studied.The results show that the system can accurately identify the known sound source signals during the system simulation.In the1800r/tnin operating conditions,the areas with large noise amplitude meanly include:oil pan,pulley end,the joint between generator and pulley end,etc.Under3000i/min operating conditions,large noise is generated in the cylinder head cover,pulley end,lower cylinder,etc.;the main thrust side and the engine front end reach maximum sound pressure in the frequency range of1410-2820Hz at high speeds of3600i7min.Key Words:Diesel Ei^ine;Sound Pressure Level;Virtual Instrument;Sound Source Identification;Near Field Acou­stic Holography1引言随着节能减排政策的日益严格,以及内燃机轻量化、高强化技术的发展,使得内燃机振动与噪声问题变得更加突出。

液压管路弯管形式对系统性能的影响

液压管路弯管形式对系统性能的影响

2021年6月第49卷第11期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSJun 2021Vol 49No 11DOI:10.3969/j issn 1001-3881 2021 11 031本文引用格式:孔备,胡林华,张健.液压管路弯管形式对系统性能的影响[J].机床与液压,2021,49(11):150-153.KONGBei,HULinhua,ZHANGJian.Influenceofbendingformofhydraulicpipelineonsystemperformance[J].Ma⁃chineTool&Hydraulics,2021,49(11):150-153.收稿日期:2020-03-10基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(51805108);中国博士后科学基金面上项目(2019M661271);2017年度黑龙江省普通高等学校青年创新人才培养计划(UNPYSCT-2017205)作者简介:孔备(1986 ),男,工程硕士,高级工程师,主要从事液压技术方面的研究工作㊂E-mail:yotaki@163 com㊂通信作者:张健(1983 ),男,工学博士,助理研究员,主要研究方向为流固多物理场耦合仿真㊂E-mail:freezeman007@hit edu cn㊂液压管路弯管形式对系统性能的影响孔备1,胡林华1,张健2(1 郑州飞机装备有限责任公司,河南郑州450005;2 哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院,黑龙江哈尔滨150080)摘要:为研究液压管路不同弯管形式对系统性能的影响,对油管轴线不同弯曲角度以及弯曲处不同圆角半径等弯管形式进行研究㊂采用有限体积法,利用CFD技术对不同形式弯管的管路流场进行分析,得到不同管路形式下弯管受冲击情况;利用SimulationX软件搭建系统仿真模型,通过改变弯管参数获得不同弯管形式对液压系统性能的影响,确定较优的弯管形式㊂综合分析管道流场仿真与液压系统管路仿真结果,获得了管路布置方式优化建议,为液压系统管路布置提供参考㊂关键词:液压管路;弯管形式;CFD技术中图分类号:TH137 1InfluenceofBendingFormofHydraulicPipelineonSystemPerformanceKONGBei1,HULinhua1,ZHANGJian2(1 ZhengzhouAircraftEquipmentCo.,Ltd.,ZhengzhouHenan450005,China;2 SpaceEnvironmentSimulationResearchInfrastructure,HarbinInstituteofTechnology,HarbinHeilongjiang150080,China)Abstract:Inordertostudytheinfluenceofdifferentbendingformsofhydraulicpipelineonthesystemperformance,differentbendinganglesofthepipelineaxisanddifferentfilletradiusatbendingplaceswerestudied.ThefinitevolumemethodandCFDtech⁃nologywereusedtoanalyzethepipelineflowfieldofpipelinebendingwithdifferentforms,theimpactconditionsofbendpipelinewithdifferentpipelineformswereobtained;SimulationXsoftwarewasusedtobuildthesystemsimulationmodel;bychangingthebendingparameters,theinfluenceofdifferentbendingformsontheperformanceofthehydraulicsystemwasobtained,andthebetterbendingformsweredetermined.Thesimulationresultsofpipelineflowfieldandpipelinesimulationresultsofthehydraulicsystemwerecompre⁃hensivelyanalyzed,andthentheoptimalpipelinelayoutsuggestionswereobtained.Itprovidesreferenceforthepipelinelayoutofhy⁃draulicsystem.Keywords:Hydraulicpipeline;Bendform;CFDtechnology0㊀前言液压管路系统是液压系统的重要组成部分,管路设计直接影响液压系统的使用性能,合理布置管路可明显提高液压系统性能㊂管路布置不合理通常会导致液压系统效率降低㊁压力损失㊁温度升高加快,甚至会引起严重的振动造成系统失效,因此研究管路布置方案有很重要的现实意义㊂目前,很多学者关注液压管路优化设计问题,并进行了研究㊂权凌霄等[1]研究了航空液压管路支架参数优化问题,为航空液压管路优化提供了有益的参考㊂张政等人[2]提出了一种基于重要性测度的降维预处理优化方法㊂沈千里等[3]研究了液压系统管路压力损失问题㊂马超等人[4]研究了自卸车液压系统内部集成块的管路优化问题㊂徐志刚[5]研究了自升式平台钻台液压系统管路优化问题㊂史俊强[6]研究了流体参数对管路流固耦合振动特性的影响㊂英国巴斯大学的KWONG和EDGE[7]采用传递矩阵法研究了液压管路动态响应㊂王博[8]研究了典型航空液压系统的流固耦合动力学㊂LI和WANG[9]研究了飞机管路系统的稳健优化设计方法㊂高培鑫[10]研究了多源激励下的航空液压管路振动问题㊂KHEIRI等[11]研究了弹性支撑边界条件下输流管路的稳定性问题㊂ABBASNEJAD等[12]研究了微纳米输流管的稳定性问题㊂综上所述,近年来,研究人员对管路的研究主要集中在管路的稳定性优化方面,已取得一定成果,但很少有对管路弯管形式的研究㊂因此,本文作者研究弯管形式对系统的影响,提出弯管的优化设计方案,为液压系统管路设计提供参考㊂1 有限体积法仿真研究文中利用CFD技术对管路的流场进行分析,采用非线性有限元软件ADINA进行研究㊂图1为弯管示意图㊂在仿真研究中,分析几种不同轴线弯曲角度及弯曲处圆角半径对管路内流场的影响㊂网格采用四面体网格,进口压力设置为10MPa,流速设置为1m/s㊂图1㊀弯管示意图2所示为轴线弯曲角度分别为30ʎ㊁45ʎ㊁60ʎ㊁90ʎ且弯曲圆角半径为20mm时的液压冲击力云图㊂可知:弯管受到的液压冲击力大小及作用范围随着弯曲角度的增加而不断增大;液压冲击主要发生在管路弯曲处,随着液压冲击的增大,管路流动效率降低并且更容易发生管路振荡㊂图2㊀不同弯曲角度时弯管的液压冲击力(弯曲圆角半径为20mm)㊀㊀轴线弯曲60ʎ㊁圆角半径为20mm时液压冲击力云图同图2(c),轴线弯曲60ʎ且弯曲圆角半径分别为25㊁30㊁35mm时的液压冲击力云图如图3所示㊂图3㊀不同圆角半径时的液压冲击力(轴线弯曲60ʎ)㊃151㊃第11期孔备等:液压管路弯管形式对系统性能的影响㊀㊀㊀㊀㊀由图3可知:随着圆角半径的增大,液压冲击力作用面积及冲击力大小都明显降低,这说明设计弯管时应尽量增大弯管的圆角半径,以有效降低油液通过弯管时的液压冲击㊂图4所示为轴线弯曲60ʎ且弯曲圆角半径分别为20㊁25㊁30㊁35mm时的流速分布㊂可知:不同的弯曲圆角半径对管道内流速分布有明显影响,进一步说明管路弯曲形式对管道内的流场分布有直接影响㊂图4㊀不同圆角半径时的流速分布(轴线弯曲60ʎ)㊀㊀由以上仿真研究可知:弯管的角度及弯曲处的圆角半径对管道内的流场有很明显的影响,弯曲角度越小流体流动越稳定,管路弯曲造成的局部损失越小;同时,弯曲圆角越大管道内流体流动越稳定,管路的局部损失也越小㊂2 管路系统仿真研究为进一步确定不同弯管形式对液压系统的影响,本文作者在SimulationX软件中搭建了如图5所示的系统模型㊂在模型中设置液压缸作为驱动元件,在只改变弯管的参数㊁压力和流量等其他系统参数不变的条件下验证弯管对系统性能的影响㊂图5㊀弯管系统模型图6所示为轴线弯曲角度分别为30ʎ㊁45ʎ㊁60ʎ㊁90ʎ且弯曲圆角半径为20mm时的负载活塞速度变化情况㊂可知:随着弯曲角度增大,负载活塞速度明显下降,这说明弯曲角度增大造成了系统实际性能的下降,与有限体积法得到的结论一致㊂图6㊀不同弯曲角度时的负载活塞速度(弯曲圆角半径为20mm)轴线弯曲60ʎ且圆角半径20mm时的负载活塞速度曲线如图6(c)所示㊂图7所示为轴线弯曲60ʎ且弯曲圆角半径分别为25㊁30㊁35mm时的负载活塞速度变化情况㊂可知:随着圆角半径的增加,负载活塞的速度增大,与有限体积法得到的结论一致㊂同时,对比图6和图7可知:弯曲角度对液压系统性能的影响明显大于弯曲圆角半径对液压系统性能的影响㊂从系统仿真结果可知:管路弯曲形式对液压系统㊃251㊃机床与液压第49卷效率有明显的影响,合理地设计管路弯曲形式可保证液压系统的工作效率㊂图7㊀不同圆角半径时的负载活塞速度(轴线弯曲60ʎ)3㊀结论本文作者通过有限体积法和系统仿真方法研究了弯管形式对液压系统的影响,得到如下结论:(1)弯管轴线弯曲角度不同对管道内流场情况影响有明显区别,弯曲角度越小,管道受到的液压冲击越小,对液压系统性能的影响越小;(2)弯管弯曲处圆角半径大小对系统性能的影响表现为圆角半径越小系统受到的影响越大,系统效率越低;(3)弯管弯曲角度对系统性能的影响比圆角半径对系统性能的影响大,在管路设计时应优先保证弯曲角度较小㊂参考文献:[1]权凌霄,张琦玮,李长春,等.航空液压管路支架参数灵敏度分析及优化[J].液压与气动,2017(8):95-99.QUANLX,ZHANGQW,LICC,etal.Sensitivityanalysisandoptimizationforsupportparameterofaviationhydraulicpipeline[J].ChineseHydraulics&Pneumatics,2017(8):95-99.[2]张政,周长聪,戴志豪,等.基于重要性测度降维的液压管路稳健优化设计[J].航空学报,2018,39(8):281-289.ZHANGZ,ZHOUCC,DAIZH,etal.Robustoptimizationofhydraulicpipingsystembasedonimportancemeasuredi⁃mension⁃reduction[J].ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2018,39(8):281-289.[3]沈千里,邱艳峰,石峰,等.基于管路压力损失对液压系统可靠性影响的分析与研究[J].液压气动与密封,2016,36(6):65-68.SHENQL,QIUYF,SHIF,etal.Theeffectofpipelinepressurelossonhydraulicsystemreliability[J].HydraulicsPneumatics&Seals,2016,36(6):65-68.[4]马超,倪文波,王雪梅.某自卸车液压系统集成块内部管路仿真与优化[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2017,30(1):91-94.MAC,NIWB,WANGXM.Simulationandoptimizationforchannelinsidemanifoldblockofhydraulicsystemofdumptruck[J].JournalofShijiazhuangTiedaoUniversity(NaturalScienceEdition),2017,30(1):91-94.[5]徐志刚.自升式平台钻台液压系统管路设计优化[J].工业技术创新,2017,4(3):137-139.XUZG.Optimizationdesignonthehydraulicsystempipe⁃lineforthedrillfloorofself⁃elevatingplatform[J].Industri⁃alTechnologyInnovation,2017,4(3):137-139.[6]史俊强.流体参数对管路流固耦合振动特性的影响研究[D].秦皇岛:燕山大学,2017.SHIJQ.Influenceoffluidparametersonthefluid⁃solidcouplingvibrationcharacteristicsofpipeline[D].Qin⁃huangdao:YanshanUniversity,2017.[7]KWONGAM,EDGEKA.Amethodtoreducenoiseinhy⁃draulicsystemsbyoptimizingpipeclamplocations[J].Pro⁃ceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartI:JournalofSystemsandControlEngineering,1998,212(4):267-280.[8]王博.典型航空液压管路的流固耦合动力学分析[D].西安:西安电子科技大学,2013.WANGB.Fluid⁃structureinteractiondynamicanalysisofthetypicalaircrafthydraulicpipeline[D].Xi 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