Проблемы машиностроения и надежности машин, 2021, № 2, стр. 25-32

Исследование колебаний винтового стержня в условиях вихревого обтекания

Г. А. Щеглов *

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Москва, Россия

* E-mail: shcheglov_ga@bmstu.ru

Поступила в редакцию 04.02.2020
После доработки 29.11.2020
Принята к публикации 18.12.2020

Аннотация

С использованием разложения по собственным формам колебаний и метода вихревых элементов исследованы режимы малых колебаний стержня, ось которого представляет собой трехвитковую цилиндрическую спираль. Колебания возбуждаются пульсациями давления, которые возникают вследствие процессов интенсивного вихреобразования при обтекании стержня пространственным потоком несжимаемой среды. Показан полигармонический характер нестационарного нагружения и отклик колебательной системы, а также возможность возникновения внутренних резонансов в подобной системе. Результаты и методику моделирования можно использовать для оценки долговечности спиральных пучков труб теплообменных аппаратов.

Ключевые слова: аэрогидроупругость, бафтинг, колебания стержней, метод вихревых элементов, вихреобразование, пространственное обтекание, несжимаемая среда

DOI: 10.31857/S0235711921020139

Список литературы

  1. Жукаускас А., Улинскас Р., Катинас В. Гидродинамика и вибрации обтекаемых пучков труб. Вильнюс: Мокслас, 1984. 312 с.

  2. Светлицкий В.А. Механика трубопроводов и шлангов М.: Маш., 1982. 279 с.

  3. Девнин С.И. Гидроупругость конструкций при отрывном обтекании. Л.: Судостроение, 1975. 192 с.

  4. Blevins R.D. Flow-Induced Vibration. Sec. Ed. Malabar, FL: Krieger Publ., 1990. 254 p.

  5. Robinson R.W., Hamilton J. A criterion for assessing wind induced crossflow vortex vibrations in wind sensitive structures. Health and Safety Executive – Offshore Technology Report OTH 92 379. London: Brown & Root Limited, 1992. 62 p.

  6. Kven Umadhav, Sudhanshu Kumar, Chandrashekar Goud V. Performance analysis of different heat exchanger design using CFD simulation // Int. J. of Research in advanced engineering technologies. 2017. V. 6. Iss. 2. P. 158.

  7. Ke Yan, Pei-qi Ge, Jun Hong. Experimental study of shell side flow-induced vibration of conical spiral tube bundle // J. of Hydrodynamics. 2013. V. 25. Iss. 5. P. 695.

  8. Heqin Xu, Mallet M., Liszkai T. Turbulent Buffeting of Helical Coil Steam Generator Tubes // Proc. ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Conference Vol. 4: Fluid-Structure Interaction. Anaheim, California, USA, July 20–24, 2014. No. PVP2014-28868, V004T04A075. 9 p.

  9. Chen S.S., Jendrzejczyk J.A., Wambsganss M.W. Tube vibration in a half-scale sector model of a helical tube steam generator // J. of Sound and Vibration. 1983. № 91 (4). P. 539.

  10. Marcum W.R., Harmon P.L. Characterizing fluid-structure interactions of a helical coil in cross flow // J. of Fluids and Structures. 2016. V. 65. P. 355.

  11. Merzari E., Yuan H., Kraus A., Obabko A., Fischer P., Solberg J., Lee S., Lai J., Delgado M., Hassan Y. High-Fidelity Simulation of Flow-Induced Vibrations in Helical Steam Generators for Small Modular Reactors // Nuclear Technology. 2019. V. 205. Iss. 1–2. P. 33.

  12. Васильев С.В., Кузьминов Ю.В. Парогенератор РУ БРЕСТ-ОД-300. Проектное направ-ление “ПРОРЫВ”: результаты реализации новой технологической платформы ядерной   энергетики 3–4 апреля 2015. 18 с. http://www.innov-rosatom.ru/files/articles/634886229ac31981e4a37a00790a2e9b.pdf

  13. Каплунов С.М., Вальес Н.Г., Самолысов А.В., Марчевская О.А. Определение критических параметров обтекания пучка труб методом численного эксперимента // Теплоэнергетика. 2015. № 8. С. 57.

  14. Самолысов А.В. Повышение вибропрочности трубных пучков теплообменных аппаратов при гидроупругом возбуждении колебаний: дис. … канд. техн. наук: 01.02.06. М. 2016. 117 с.

  15. Щеглов Г.А. Использование вортонов для расчета колебаний балки в пространственном потоке // Изв. РАН Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 4. С. 8.

  16. Ермаков А.В., Щеглов Г.А. Моделирование методом вихревых элементов динамики цилиндрической оболочки в пространственном потоке жидкости // Изв. вузов. Машиностроение. 2014. № 3. С. 35.

  17. Dynnikova G.Ya. The Integral Formula for Pressure Field in the Nonstationary Barotropic Flows of Viscous Fluid // J. of Mathematical Fluid Mechanics. 2014. V. 16. Iss. 1. P. 145.

  18. Cottet G.-H., Koumoutsakos P. Vortex Methods: Theory and Practice. Cambridge: Cambridge University Press, 2000. 320 p.

Дополнительные материалы отсутствуют.