تحلیل ارتعاشات لوله حاوی جریان سیال، از جنس ماده هدفمند تابعی در راستای ضخامت

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری،دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه صنعتی شاهرود

2 دانشیار،دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه صنعتی شاهرود

10.22044/jsfm.2020.8281.2884

چکیده

لوله های حاوی جریان سیال مستعد نشان دادن رفتارهای دینامیکی پیچیده‌ای هستند. در این مقاله، رفتار دینامیکی لوله دو سر لولای حاوی جریان سیال که خواص مواد آن به صورت تابعی در راستای ضخامت تغییر می‌کند، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. تغییرات مدول یانگ در راستای ضخامت و بر اساس قانون توانی فرض شده و معادلات ارتعاشاتی با استفاده از تئوری تیر اویلر برنولی بدست آمده است. معادله دیفرانسیل پارهای، با استفاده از روش گالرکین به معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. فرکانس‌های طبیعی برای لوله دو سر مفصل به ازای پارامتر‌های بی‌بعد بدست آمده و با نتایج لوله همگن مقایسه شده و تاثیر تقویت تدریجی در راستای ضخامت مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مقادیر سرعت بحرانی جریان سیال که موجب ناپایداری حرکت لوله می‌گردد، برای پارامتر جرمی مشخص و توزیع های مختلف مدول یانگ بدست آمده‌اند. با افزایش مدول یانگ از داخل به خارج لوله، فرکانس‌های طبیعی سیستم افزایش یافته و ناپایداری در سرعت‌های بی‌بعد بالاتری اتفاق می‌افتد.

کلیدواژه‌ها


[1] Wang L, Liu H, Ni Q, Wu Y (2013) Flexural vibrations of microscale pipes conveying fluid by considering the size effects of micro-flow and micro-structure. Int J Eng Sci 71: 92-101.

[2] Paı M (2008) The canonical problem of the fluid-conveying pipe and radiation of the knowledge gained to other dynamics problems across applied mechanics. J Sound Vib 310: 462-492.

[3] Şimşek M (2010) Dynamic analysis of an embedded microbeam carrying a moving microparticle based on the modified couple stress theory. Int J Eng Sci 48: 1721-1732.

[4] Wang L, Liu HT, Ni Q, Wu Y (2013) Flexural vibrations of microscale pipes conveying fluid by considering the size effects of micro-flow and micro-structure. Int J Eng Sci 71: 92-101.

[5] Paidoussis MP (2013) Fluid-Structure interactions: Slender structures and axial flow. vol 1. Academic Press.

[6] Paı¨doussis MP (2008) The canonical problem of the fluid-conveying pipe and radiation of the knowledge gained to other dynamics problems across applied mechanics. J Sound Vib 310: 462-492.

[7] Blevins RD (1990) Flow-induced vibration.

[8] Ni Q, Zhang Z, Wang L (2011) Application of the differential transformation method to vibration analysis of pipes conveying fluid. Appl Math Comput 217: 7028-7038.

[9] Wang L, Dai H (2012) Vibration and enhanced stability properties of fluid-conveying pipes with two symmetric elbows fitted at downstream end. Arch Appl Mech 82: 155-161.

[10] Firouz-Abadi R, Askarian A, Kheiri M (2013) Bending–torsional flutter of a cantilevered pipe conveying fluid with an inclined terminal nozzle. J Sound Vib 332: 3002-3014.

[11] Ni Q, Tang M, Luo Y, Wang Y, Wang L (2014) Internal-external resonance of a curved pipe conveying fluid resting on a nonlinear elastic foundation. Nonlinear Dynam 76: 867-886.

[12] Alizadeh A, Mirdamadi H (2015) Free vibration and divergence instability of pipes conveying fluid with uncertain structural parameters. Modares Mechanical Engineering 15: 247-254.

[13] Heydari H, Ghazavi MR, Najafi A (2016) Dynamics analysis of pipe conveying fluid with axial and rotational motion. Modares Mechanical Engineering 16: 387-393.

[14] Zou G, Cheraghi N, Taheri F (2005) Fluid-induced vibration of composite natural gas pipelines. Int J Solids Struct 42: 1253-1268.

[15] Dai H, Wang L, Ni Q (2013) Dynamics of a fluid-conveying pipe composed of two different materials. Int J Eng Sci 73: 67-76.

[16] Shen H, Païdoussis MP, Wen J, Yu D, Wen X (2014) The beam-mode stability of periodic functionally-graded-material shells conveying fluid. J Sound Vib 333: 2735-2749.

[17] Wang ZM, Liu YZ (2016) Transverse vibration of pipe conveying fluid made of functionally graded materials using a symplectic method. Nucl Eng Des 149-159.

[18] Mamaghani AE, Khadem SE, Bab S (2016) Vibration control of a pipe conveying fluid under external periodic excitation using a nonlinear energy sink. Nonlinear Dynam 86: 1761-1795.

[19] Ebrahimi-Mamaghani A, Sotudeh-Gharebagh R, Zarghami R, Mostoufi N (2019) Dynamics of two-phase flow in vertical pipes. J Fluid Struct 87: 150-173.

[20] Mirtalebi SH, Ahmadian MT, Ebrahimi-Mamaghani A (2019) On the dynamics of micro-tubes conveying fluid on various foundations. SN Appl Sci 1: 547.

[21] Ziegler H (1968) Principles of structural stability. Blaisdell, Waltham, MA.

[22] Sadeghi MH, Karimi-Dona MH (2011) Dynamic behavior of a fluid conveying pipe subjected to a moving sprung mass–an FEM-state space approach. Int J Pres Ves Pip 88: 123-131.

[23] Reddy J, Wang C (2004) Dynamics of fluid-conveying beams. Centre for Offshore Research and Engineering, National University of Singapore, CORE Report. 3: 1-21.

[24] Alshorbagy AE, Eltaher M, Mahmoud F (2011) Free vibration characteristics of a functionally graded beam by finite element method. Appl Math Model 35: 412-425.