跨越式输油管道介质经时振动效应与地震响应耦合机理仿真

摘要

为探索介质流经管道的经时流固耦合振动对地震响应的耦合机理，以支撑在斜拉跨越结构上的输油管道为研究对象，考虑介质流经管道过程的动力学时变特点，采用双向流固耦合理论模型，提出了介质经时流固耦合振动效应与地震响应耦合计算的理论方法，建立了介质-管道-跨越耦合系统的有限元仿真模型，通过设置介质、流体、管道和跨越结构的计算参数及耦合界面边界条件，开展了仿真模拟计算，提取了桥台端部和跨越区段位置处管道截面的位移、加速度响应计算结果，并和不考虑经时效应的计算结果进行了对比分析。研究结果表明：在介质从左侧流经管道到达右侧的过程中，介质流动引起管道内不同流体的状态变化，与地震耦合作用下，管道位移响应和加速度响应沿管道长度分布差异大；介质流动源头达到管道全长约4/5经时状态，出现了介质经时全部时程内的位移响应峰值和加速度响应峰值；右半侧管道的耦合响应整体较左半侧大，通过分析右半侧跨越区段6个典型位置处管道截面的计算结果，揭示了介质经时振动对地震响应影响的一般规律；相同条件下，考虑介质经时流固耦合振动效应的管道位移耦合响应约为不考虑经时的2.7倍，且位移耦合响应云图更复杂，这说明介质经时的流固耦合振动对地震响应具有不可忽视的效应。

关键词

跨越式输油管道 / 介质 / 经时振动 / 流固耦合 / 地震响应 / 耦合 / 仿真

基金资助

国家自然科学基金面上项目(52174061); 西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目(YCS23114154)