项目名称: 复杂控制阀-流体-管道耦合系统非线性动力学及其控制

项目编号: No.51475363

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 王雯

作者单位: 西安理工大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 工业生产过程控制系统中的控制阀与其连接的输流管道之间存在多种非线性耦合,但是一般都将控制阀与输流管道分开研究,无法全面正确描述系统动力学行为。本项目拟将控制阀与输流管道作为一个耦合系统综合考虑,以控制阀与复杂输流管道系统耦合振动问题为研究对象,建立具有流固耦合、运动耦合以及控制耦合的控制阀-流体-管道耦合系统的动力学模型,提出具有多种非线性耦合的高维复杂系统动力学模型的传递矩阵求解方法,对耦合系统的动力学响应进行非线性动力学分析,发现各种耦合作用对系统的复杂动力学行为的影响机制,通过有限元仿真试验和实际物理试验解释理论模型的分析结果,进而探索控制阀在控制阀-流体-管道耦合系统中的动力学控制策略和设计准则,揭示复杂控制阀-流体-管道耦合系统的非线性动力学行为机理和规律,为解决工程中控制阀与输流管道因强烈振动而破坏的实际问题提供科学依据,并为控制阀与输流管道系统的一体化研究奠定理论基础。

中文关键词: 控制阀;输流管道;非线性振动;传递矩阵;流固耦合

英文摘要: There exist many kinds of nonlinear couplings between control valve and pipe conveying fluid in industry production process control system, however, generally the control valve and the pipe conveying fluid have been dividually studied, so as to be incapable of comprehensively and correctly describing system dynamics behavior. The project will synthetically consider the control valve and the pipe conveying fluid as a coupled system by taking the coupled vibration of the control valve and the complex pipe conveying fluid system as research object. We will build the dynamics models with fluid-structure interaction, coupled motion and control for the valve-fluid-pipe coupled system and develop a transfer matrix method for solving the high-dimensional complex system dynamics model with many kinds of nonlinear couplings. Through the nonlinear dynamics analysis for the response of the coupled system and finite element simulation as well as physical experiment, we will find the effect mechanism of various coupling action on the complex dynamics behavior of the system, furthermore, explore the dynamics control policy and design criterion(of the control valve in the valve-fluid-pipe coupled system, reveal the mechanism and rule of nonlinear dynamics behavior of the complex valve-fluid-pipe coupled system. The project will provide scientific basis for solving the problems on the failure of control valve and pipeline due to intense and sustained vibration, and establish theoretical foundation for the integrative study of the control valve and pipe conveying fluid system.

英文关键词: control valve;pipe conveying fluid;nonlinear vibration;transfer matrix;fluid-structure interaction

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