摘要：以垂直提升管道的下管道支撑点为研究对象，用有限元方法对固液两相流输送过程中的流固耦合作用进行应力与位移计算。建立了管道和流体有限元模型，利用ADINA-FSI 流固耦合模块进行求解；针对不同启动时间、不同约束条件、不同输送浓度、不同输送速度工况下管道铰接点的应力和位移进行分析。结果表明：随着两相流输送浓度和速度的增加，管道应力和位移也相应地增加；启动时间越短，管道应力和位移也越大；柔性连接时管道铰接点应力和位移远大于固接时的应力和位移。
1 引言
深海采矿系统分为集矿、扬矿、测控和水面支持四个子系统（图1）。扬矿子系统由扬矿硬管、中间舱、扬矿软管和输送泵组成[1]。扬矿硬管的上端与采矿船柔性相接，下端与中间舱相连，是将矿产从海底输送到水面船的关键设备。
图1 采矿系统示意图
垂直柔性联接提升管道作为采矿系统中的关键设备，是输送过程中垂直方向的唯一通道，对系统安全可靠稳定作业具有重要作用。垂直柔性联接提升管道在输送过程中，管道与流体之间相互作用，在不同约束支下将产生多种形态各异的流固耦合现象[2]。以往对管道振动研究大多为水平、多约束、固定支承的管道[3-6]，对于垂直提升管道振动研究较少，更没有涉及柔性联接下固液两相流输送过程的流固耦合作用，所得结果精度不高[6-11]。
本文应用有限元方法对不同启动时间、约束条件、输送浓度、输送速度条件下的垂直悬臂输流管道进行流固耦合动态特性分析，研究其应力和位移特性，为管道结构设计、校核、振动机理和减振技术研究提供参考。
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