مشخصه هاي ارتعاشي لوله هاي حامل سيال مجهز به جاذب ارتعاشي

Vibration Characteristics of Fluid-Conveying Pipes in Presence of a Dynamic Vibration Absorber

ارتعاشات ناشي از سيال در لوله‌هاي حامل سيال مي‌تواند باعث خستگي و شكست در اين سيستم‌ها شود، از اين رو كنترل ارتعاشات ناخواسته و كاهش دامنه نوسانات در لوله‌‌هاي حامل سيال حائز اهميت مي‌باشد. بدين منظور، در تحقيق حاضر با ارائه جاذب ارتعاشي غير فعال براي لوله‌هاي حامل سيال، تأثير پارامترهاي جاذب بر مشخصه‌هاي ارتعاشي سيستم بررسي شده است. معادلات حاكم بر حركت با استفاده مستقيم از قانون دوم نيوتن استخراج و با حل تحليلي معادلات بر مبناي سري‌هاي تواني، معادله مشخصه و شكل مودهاي ارتعاشي سيستم استخراج شده است. پس از صحه‌سنجي نتايج، تأثير پارامترهاي جاذب ارتعاشي و سرعت سيال بر مشخصه‌هاي ارتعاشي لوله حامل سيال بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه تأثير جاذب بر كاهش حداكثر دامنه نوسانات با افزايش جرم جاذب كمتر شده و در سرعت‌‌هاي مختلف سيال، با تعيين مقدار مناسب پارامترهاي جاذب، مي‌توان دامنه نوسانات سيستم را به صورت قابل ملاحظه‌اي كاهش داد. استفاده از جاذب ارتعاشي مناسب باعث مي‌شود تا در سرعت‌هاي سيال نزديك به سرعت بحراني سيال كه دامنه نوسانات سيستم به بيشترين مقدار خود مي‌رسد، حداكثر دامنه نوسانات سيستم به ازاي جاذب واقع در موقعيت 0.07 از انتهاي لوله در حدود 98 درصد كاهش يابد. روش ارائه شده در تحقيق حاضر به سهولت مي‌تواند جهت طراحي جاذب ارتعاشي غير فعال براي لوله‌هاي حامل سيال با انواع مختلف شرايط مرزي مورد استفاده قرار گيرد.

The fluid induced vibration in fluid conveying pipes can cause fatigue and failure in the system. Therefore, controlling these unwanted vibrations and suppressing the vibrations of the fluid conveying pipe is important. In this paper by considering the passive vibration absorber for the fluid conveying pipe, the influence of the vibration absorber parameters on the dynamic behavior of the system is investigated. The governing equations of motion are obtained via the Newton’s second law, and analytical solutions for the characteristic equation and mode shapes of the system are obtained through the power series method. After verifying the obtained results, the effect of the vibration absorber parameters and the fluid flow velocity on the vibration behavior of the fluid conveying pipe have been investigated. Results show that by increasing the absorber mass, the effect of absorber on decreasing the oscillations amplitude is diminished. At different fluid velocities, the oscillation amplitude of the system can be reduced considerably by specifying proper values of the absorber parameters. At velocities near the critical velocity, where the oscillation amplitude reaches a maximum value, using a suitable vibration absorber may reduce the maximum oscillations amplitude of the system by 98%. The method presented in current study can be easily generalized to design passive vibration absorber for fluid conveying pipes with different boundary conditions.