摘 要：针对采油用管道内流体引发管道振动问题，研究了U 形管路在内流作用下的振动特性，利用非线性耦合方法分析非稳定流体与管道相互耦合规律。流固耦合模态结果与前人计算结果相近，验证了数据的可靠性。模拟结果发现，在周期性脉动流体的作用下，管道最大应力及位移振动呈周期性变化；流体频率与管道基频相近时，管道位移振动频谱既有流体诱发的高频又有较低的管路基频。流体速度增加，管道位移增加，管道最大应力增加，管道基频减小。另外，发现脉动流体频率增加，管路基频增加。

1 前 言

    在油气开采过程中，输送原油及输气的管路由于段塞流[1]、脉动流[2]及高速流而产生剧烈的压力波动，给油气开采系统带来诸多危害。因此，探求输流管道系统与在非稳定流体下的流体结构互动机理[3]，对管路研究有重要的安全意义及经济意义。理论方面，王世忠等[4]研究了流速、流压对管道固有频率的影响，张智勇等[5]研究了流固耦合对直管段轴向振动的影响规律。数值模拟计算方面，罗宏瀚[6] 包家汉[7]利用ansys 软件计算管道流固耦合问题，并验证其可行性，冯卫民等[8]利用Adina 软件分析了输液管道的流固耦合特性。其中Adina 软件中的流固耦合(FSI)主要用于处理液体和固体间的非线性动态耦合问题，在输液管道流固耦合中应用广泛[9~12]，而且Adina 在结构非线性(包括几何、弹塑性、接触)，非线性分析方面较强。本文利用Adina 软件重点分析流体脉动频率及速度对管道振动、应力的影响规律，为输油气管路安全设计提供参考。

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