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.
这项研究涉及流体弹性的不稳定性和对输送流体的悬臂管道的积极控制。为了用阻尼器控制悬臂管的响应,由一对附着在管道上的肌腱产生的扭矩得出了主动控制力。与最佳调节剂理论结合使用Galerkin方法解决了该问题。阐明了阻尼器和肌腱对不受控制系统中临界流速度的综合作用。此外,在各种条件下,对管道输送流体的响应的数值模拟也在各种条件下进行,也阐明了阻尼器对管道积极控制的影响。所获得的主要结果汇总如下:(1)受损器的位置和肌腱对管道输送液在无形系统中的动态稳定性的影响。在使用阻尼器稳定管道时,必须将阻尼器的合适位置与肌腱一起仔细确定。(2)在不受控制的系统中,仅当选择最合适的阻尼器位置和肌腱的位置时,阻尼器才能有效地稳定管道输送流体。在不合适的位置附着在管道上的阻尼器使管道稳定。(3)使用肌腱和阻尼器的主动控制方法在设置在合适的位置时有效稳定管道。管道响应的结算时间减少,减震器减少了主动控制能量。(4)即使通过选择不合适的阻尼器的不适合位置,本研究中描述的主动肌腱控制方法也有效地稳定管道。因此,肌腱控制管系统是可靠的。(5)在实验上证实,使用PID控制器的控制系统有效地稳定了输送流体的管道。

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:
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:
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。
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  • 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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