Studies on fluid-elastic instability and active control of pipes conveying fluid

流体输送管道流弹不稳定性及主动控制研究

基本信息

  • 批准号:
    02650449
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1990
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1990 至 1991
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This study deals with the fluid-elastic instability and active control of cantilevered pipes conveying fluid. In order to control the response of the cantilevered pipe with a damper, an active control force is derived by the torque produced by a pair of tendons attached to the pipe. The problem is solved by means of the Galerkin method in conjunction with the optimal regulator theory. The combined effect of a damper and a tendon on the critical flow velocity in the uncontrolled system is clarified. Furthermore, the numerical simulation of the response of a pipe conveying fluid is carried out for various conditions, the effect of a damper on the active control of the pipe is also clarified.The main results obtained are summarized as follows :(1)The effect of the positions of a damper and a tendon on the dynamic stability of a pipe conveying fluid in the uncontroled system is complex. In the stabilization of the pipe using a damper, the suitable position of a damper must be decided carefully together with that of a tendon.(2)In the uncontrolled system, a damper is effective to stabilize the pipe conveying fluid only when the most suitable positions of a damper and a tendon are selected. A damper attached to the pipe at the unsuitable position destabilizes the pipe.(3)The active control method using a tendon and a damper is effective to stabilize the pipe when they are set at the suitable position. The settling time of the response of the pipe decreases and a damper reduces the active control energy.(4)The active tendon control method described in this study is effective to stabilize the pipe, even if the pipe is lost its stability by selecting the unsuitable position of a damper. Therefore, the tendon-control pipe system is robust.(5)It is confirmed experimentally that the control system using PID controller is effective to stabilize the pipe conveying fluid.
本文研究悬臂输流管道的流体弹性失稳及其主动控制问题。为了控制带有阻尼器的悬臂管道的响应,通过连接在管道上的一对筋产生的扭矩来获得主动控制力。该问题是解决的Galerkin方法结合最优调节器理论。阐明了阻尼器和腱对非受控系统临界流速的联合作用。在此基础上,对各种工况下输流管道的动力响应进行了数值模拟,阐明了阻尼器对输流管道主动控制的影响,得到的主要结果如下:(1)在不可控系统中,阻尼器和腱的位置对输流管道动力稳定性的影响是复杂的。在使用阻尼器稳定管道时,阻尼器的合适位置必须与钢筋束的位置一起仔细确定。(2)In在非受控系统中,只有当阻尼器和钢筋束的最合适位置被选择时,阻尼器才能有效地稳定输送流体的管道。在不合适的位置处连接到管道的阻尼器使管道不稳定。(3)采用预应力筋和阻尼器的主动控制方法,当它们设置在合适的位置时,可以有效地稳定管道。管道响应的建立时间缩短,阻尼器减少了主动控制能量。(4)本文所述的主动控制方法对稳定管道是有效的,即使管道由于阻尼器的位置选择不当而失去稳定性。因此,腱控制管道系统是鲁棒的。(5)It实验证明,采用PID控制器的控制系统对稳定输流管道是有效的。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
土岐 仁: "送水管の能動制御におよぼす減衰器の影響" 日本機械学会論文集(C編). (1991)
Hitoshi Toki:“衰减器对水管主动控制的影响”日本机械工程师学会会议记录(C 版)(1991 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
土岐 仁: "送水管の安定性とその能動制御におよぼす外部減衰器の影響" 資源・素材学会誌. (1992)
Hitoshi Toki:“外部衰减器对水管稳定性的影响及其主动控制”日本自然资源和材料学会杂志(1992)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
土岐 仁: "送水管の能動制御実験" 日本機械学会論文集(C). (1992)
Hitoshi Toki:《水管的主动控制实验》日本机械工程学会论文集(C)(1992)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Hitoshi Doki: "Effect of a damper on the dynamic stability and active control of pipes conveying fluid" J. Min. Mat. Proc. Inst. Japan. (1992)
Hitoshi Doki:“阻尼器对输送流体的管道的动态稳定性和主动控制的影响”J. Min。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
土岐 仁: "送水管の安定性とその能動制御におよぼす外部減衰器の影響" 資源素材学会誌. (1992)
Hitoshi Toki:“外部衰减器对水管稳定性的影响及其主动控制”日本自然资源和材料学会杂志(1992)。
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