Critical flow velocity in a pipe with electromagnetic actuators

• Autorzy: Szmidt T. , Przybyłowicz P.

Warianty tytułu

PL

Krytyczna prędkość przepływu w przewodzie stabilizowanym aktuatorami elektromagnetycznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We study the influence of electromagnetic damping on the dynamics of a pipe conveying fluid. Pipes supported at both ends as well as cantilever ones (both discharging and aspirating the fluid) are considered. We assume physical parameters of the systems which allow an experimental verification of results. We develop simple methods of calculation of the internal and external damping coefficients which are based on known models, and do not require experiments. The governing partial equation of the pipe is discretised with Galerkin’s procedure, and the stability of the resultant dynamical system is determined with eigenvalues of its linearization. The actuators destabilise the pipe supported at both ends, but can remarkably improve stability of cantilever ones. The effect of magnetic damping strongly depends on the position at which actuators are attached to the pipe.

PL

W pracy przeprowadzono badania wpływu tłumienia elektromagnetycznego na właściwości dynamiczne przewodu z przepływającym płynem. Rozważono przewody podparte obustronnie swobodnie oraz zamocowane wspornikowo (dla obydwu przypadków ruchu płynu, tj. rury wyrzucającej czynnik na zewnątrz oraz rury ssącej). Założono takie parametry fizyczne układu, które pozwalają na weryfikację eksperymentalną uzyskanych wyników. Zaproponowano proste metody pozwalające na oszacowanie wartości tłumienia zewnętrznego i wewnętrznego oparte na znanych modelach i nie wymagających przeprowadzania doświadczeń. Równanie różniczkowe cząstkowe ruchu przewodu z przepływem dyskretyzowano metodą Galerkina, a po wyznaczeniu wartości własnych układu zlinearyzowanego, określono jego stateczność. W wyniku przeprowadzonych analiz zaobserwowano, że aktuatory elektromagnetyczne destabilizują przewód obustronnie podparty, ale znacząco poprawiają stateczność rury wspornikowej, przy czym efekt tłumienia magnetycznego silnie zależy od położenia aktuatorów względem miejsca zamocowania takiego przewodu.

Słowa kluczowe

EN

pipe conveying fluid; dynamic stability; flutter; electromagnetic actuator

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 51 nr 2
• Strony: 487--496
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szmidt T.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering, Warsaw, Poland

autor

Przybyłowicz P.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Dyląg Z., Jakubowicz A., Orłoś Z., 2000, Strength of Materials, Vol. II, 2nd edition, WNT, 2. Edelstein W.S., Chen S.S., 1985, Flow-induced instability of an elastic tube with a variable support, Nuclear Engineering and Design, 84, 1-11
• 3. Elishakoff I., Impollonia N., 2001, Does a partial elastic foundation increase the flutter velocity of a pipe conveying fluid? Journal of Applied Mechanics, 68, 206-212
• 4. Feodos’ev V.P., 1951, Vibrations and stability of a pipe when liquid flows through it, Inzhenernyi Sbornik, 10, 169-170
• 5. Gregory R.W., PaÏdoussis M.P., 1966a, Unstable oscillation of tubular cantilevers conveying fluid. I. Theory, Proceedings of the Royal Society (London) A, 293, 512-527
• 6. Gregory R.W., PaÏdoussis M.P., 1966, Unstable oscillation of tubular cantilevers conveying fluid. II. Experiments, Proceedings of the Royal Society (London) A, 293, 528-542
• 7. Holmes P.J., Moon F.C., 1983, Strange attractors and chaos in nonlinear mechanics, Journal of Applied Mechanics, 50, 4b, 1021-1032
• 8. Housner G.W., 1952, Bending vibrations of a pipe line containing flowing fluid, Journal of Applied Mechanics, 19, 205-208
• 9. Impollonia N., Elishakoff I., 2000, Effect of elastic foundation on divergence and flutter of an articulated pipe conveying fluid, Journal of Fluids and Structures, 14, 559-573
• 10. Kirstein S., Mertesdorf M., Sch¨onhoff M., 1998, The influence of a viscous fluid on the vibration dynamics of scanning near-field optical microscopy fiber probes and atomic force microscopy cantilevers, Journal of Applied Physics, 84, 4, 1782-1790
• 11. Kuiper G.L., Metrikine A.V., 2008, Experimental investigation of dynamic stability of a cantilever pipe aspirating fluid, Journal of Fluids and Structures, 24, 541-558
• 12. Kuiper G.L., Metrikine A.V., Battjes J.A., 2007, A new time-domain drag description and its influence on the dynamic behaviour of a cantilever pipe conveying fluid, Journal of Fluid and Structures, 23, 429-445
• 13. Kurnik W., 1994, Magnetic stabilization of a rotor with hydrodynamic bearings, Machine Dynamics Problems, 7, 117-133
• 14. Kurnik W., Przybyłowicz P., Szmidt T., 2009, An application of electromagnetic phenomena to damping of mechanical vibrations, [In:] Influence of Parameter Modifications on Structure Vibrations, Tylikowski A. (Edit.), Warsaw University of Technology, 53-87
• 15. Lottati I., Kornecki A., 1986, The effect of elastic foundation and dissipative forces on the stability of fluid conveying pipes, Journal of Sound and Vibration, 109, 327-338
• 16. Modarres-Sadeghi Y., PaÏdoussis M.P., Semler C., 2008, Three-dimensional oscillations of a cantilever pipe conveying fluid, International Journal of Non-Linear Mechanics, 43, 18-25
• 17. Moon F.C., 1980, Experiments on chaotic motions of a forced nonlinear oscillator: strange attractors, Journal of Applied Mechanics, 47, 3, 638-644
• 18. PaÏdoussis M.P., 1998, FluidStructure Interactions: Slender Structures and Axial Flow, Vol. 1, Academic Press, London
• 19. PaÏdoussis M.P., 2008, The canonical problem of the fluid-conveying pipe and radiation of the knowledge gained to other dynamics problems across applied mechanics, Journal of Sound and Vibration, 310, 462-492
• 20. PaÏdoussis M.P., Issid N.T., 1974, Dynamic stability of pipes conveying fluid, Journal of Sound and Vibration, 33, 3, 267-294
• 21. PaÏdoussis M.P., Semler C., Wadham-Gagnon M., 2005, A reappraisal of why cantilever pipes do not flutter at infinitesimal flow, Journal of Fluid and Structures, 20, 147-156
• 22. Przybyłowicz P., Szmidt T., 2009, Electromagnetic damping of a mechanical harmonic oscillator with the effect of magnetic hysteresis, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 47, 2, 259-273
• 23. Sugiyama Y., Tanaka Y., Kishi T., Kawagoe H., 1985, Effect of a spring support on the stability of pipes conveying fluid, Journal of Sound and Vibration, 100, 257-270
• 24. Szmidt T., Przybyłowicz P., 2012, An active electromagnetic stabilisation of the Leipholz column, Archives of Control Sciences, 22, 2, 125138
• 25. Tang D.M., Dowell E.H., 1988, Chaotic oscillations of a cantilevered pipe conveying fluid, Journal of Fluids and Structures, 2, 3, 263-283