DINÂMICA LINEAR PLANA DE UM TUBO ENGASTADO TRANSPORTANDO FLUIDO COM UMA MASSA ANEXADA NA EXTREMIDADE LIVRE
Neste artigo, a dinâmica linear plana de um tubo engastado de transporte de fluido com uma massa fixada na extremidade livre é analisada. Primeiramente, como forças externas, uma carga de pulso aplicada à extremidade livre e o peso próprio do sistema fluido-tubo foram considerados. Para estas cargas, o comportamento dinâmico foi analisado para diferentes velocidades de fluxo. Adicionalmente, para as atuais forças externas aplicadas, foi considerada uma força gravitacional, devido à massa final. O tubo foi considerado uma viga de Euler-Bernoulli com uma rigidez à flexão não desprezível. Apenas deslocamentos transversais e angulares relativos ao eixo indeformado do tubo foram considerados. O fluido considerado é incompressível e o material do tubo elástico. A equação de movimento para o modelo é obtida utilizando o princípio variacional de Hamilton. A integração direta das equações dinâmicas foi resolvida pelo método de Newmark. As análises e simulações numéricas foram realizadas utilizando um código desenvolvido em MATLAB. Este texto demonstrou que na presença da massa final, para diferentes velocidades de fluxo, o sistema exibe um comportamento dinâmico caótico. Foi demonstrado ainda que para velocidades de fluxo crescentes as frequências naturais do sistema diminuem com o tempo aproximando-se de zero na velocidade crítica teórica.
DINÂMICA LINEAR PLANA DE UM TUBO ENGASTADO TRANSPORTANDO FLUIDO COM UMA MASSA ANEXADA NA EXTREMIDADE LIVRE
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DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.59021210711
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Palavras-chave: Sistemas dinâmicos, Interações fluido-estrutura
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Keywords: LINEAR PLANAR DYNAMICS OF A FLUID-CONVEYING CANTILEVERED PIPE WITH A MASS ATTACHED AT THE FREE END
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Abstract:
In this article, the linear planar dynamics of a fluid-conveying cantilevered pipe with a mass attached at the free end is analyzed. Primarily, as external forces, a pulse load applied to the free end, and the self-weight of the pipe-fluid system were considered. For such loads, the dynamic behavior was analyzed for different flow velocities. Additionally, to the current external applied forces, a gravitational force has been considered, due to the end mass. The pipe was considered an Euler-Bernoulli cantilever beam having a non-negligible flexural rigidity. Only transversal, and angular displacements related to the un-deformed pipe axis were considered. The fluid considered is incompressible, and the material of the pipe is elastic. The equation of motion for the model is obtained using Hamilton's variational principle. The direct integration of the dynamic equations was solved by the Newmark method. Numerical analyzes and simulations were performed using a code developed in MATLAB. This paper demonstrated that in the presence of the end-mass, for different flow velocities, the system exhibits a chaotic dynamic behavior. It was demonstrated also that for increasing flow velocities the natural frequencies of the system decrease with time approaching to zero at the theoretical critical velocity.
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Número de páginas: 15
- Milton Aparicio de Oliveira
