基于双向流固耦合的输流圆管应力应变响应分析

刘 松，吴先梅，彭修乾，陈家熠，王 聪

(1.中国科学院 声学研究所 声场声信息国家重点实验室，北京 100190;2.中国科学院大学，北京 100049;3.国家超级计算天津中心，天津 300457)

输流管道广泛应用于能源环保、石油化工、储运交通等领域，在工业生产及日常生活中发挥着非常重要的作用。当流体在输流管道内流动时，其流速与压强的变化会诱发管道结构产生形变以及振动，而同时管道结构的形变和振动也会反之影响管道内流体的流动，二者相互作用、相互影响，这种流固交互作用一般称为流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)作用[1]。而这种由于流固间的相互作用所诱发的输流管道振动会直接影响到管内流体流动状况的检测。因此，对输流管道的流固耦合作用进行研究，分析其流固耦合特性，这对测量输流管道内的流体参数具有重要的指导意义。

早在1933年，Westergaard结合美国地震区建大坝的需要，发表了题为“Water Pressure on dams during earthquakes”的文章，首次开展了流固耦合振动的研究，但直到20世纪90年代才引起学者们的广泛关注。近些年随着计算机辅助工程(computer aided engineering,CAE)技术的发展，有很多软件集成了适用于对结构模型进行流固耦合分析的模块，这极大地提高了工作效率，促使国内外许多学者在流固耦合问题上进行了积极的探索与研究。柳博瀚等[2]研究了不同管内流速度对弹性管道振动响应的影响，他们通过数值仿真与模型试验的相比较，验证了所采用的双向流固耦合计算方法的有效性，并得出结论：管内流体是通过增加轴向动力以及改变弹性管道局部曲率的方式影响管道结构的振动频率；……