مدلسازی و تحلیل ارتعاشی خط لوله حاوی سیال در طی عملیات پیگرانی توسط روش المان محدود و آنالیز مودال تجربی

در این مقاله یک مدل خطی مناسب برای بررسی رفتار ارتعاشی خطوط لوله با تکیه گاه های ساده که تحت عملیات پیگ رانی قرار دارد، ارائه و تحلیل شده است. در این فرایند پیگ (به عنوان جرم ثابت فنربندی شده ی متحرک) که توسط سیال محرک مایع (به منزله جرم متغیر متحرک داخلی) حرکت می کند، در نظر گرفته شده است. با استفاده از اصل همیلتون و لحاظ نمودن معادلات ممنتم و پیوستگی سیال و نیز استفاده از یک مدل ارتعاشی برای پیگ، معادلات حاکم استخراج شده، و سپس با استفاده روش گالرکین در المان محدود، معادلات ارتعاشی سیستم (لوله، سیال و پیگ) گسسته سازی و حل شده اند. با استخراج پارامتر های مودال سیستم خط لوله، تغییرات آن ها حین عبور پیگ در حالت گذرا و در طی بازه های زمانی متوالی، با دبی های مختلف سیال محرک، مورد بررسی قرار گرفته است. جهت صحه گذاری، از یک مدل تجربی شامل لوله ای به قطر 3 اینچ و با طول 2. 5 متر و یک عدد پیگ ساده با دیسک های لاستیکی به همراه پمپ و شیر توپی، استفاده شده است. با جمع آوری سیگنال های ارتعاشی از بدنه لوله حین فرایند پیگ رانی و استفاده از آنالیز مودال، ارتباط مناسبی بین داده های تجربی و داده های تحلیلی حاصل از مدل تئوری بدست آمده و تغییرات فرکانس های طبیعی سیستم، برحسب سرعت و موقعیت پیگ با هر دو روش تحلیلی و تجربی بدست آمده است. همچنین جابجایی نقطه میانی لوله در اثر فرایند پیگ رانی به صورت تحلیلی و با استفاده از مدل تئوری پیشنهاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است.