多相流态输运管道振动信号的动态监测与故障预警

由于输运管道多相耦合振动在理论和工程应用上的重要意义，多年来一直是国内外学者关注的前沿和热点问题之一。本项目以多相流态输运管道为研究对象，以弹性和结构动力学以及随机非线性动力学的理论和方法为基础，建立输运管道横向、纵向和扭转三种振动形式下的随机非线性动力学模型；利用频域滤波法对基于测试获得的杂乱信号去除测试噪声，发展非线性时间序列分析和相空间重构方法，将一维时间序列信号重构到高维相空间，进一步分析系统样本响应的随机非线性动力学特征以及杂乱振动信号在重构后的高维相空间中的不同拓扑流形结构，对杂乱振动信号进行识别和分类；通过对分别基于理论模型与实测所得信号的动力学行为与经重构后信号的拓扑流形结构特征的比较与分析，对动力学模型和实测方案进行优化，初步实现对多相流态输运管道振动信号的准确动态监测与故障预警。

项目按计划顺利完成。以多相流态输流管道为研究对象，以弹性和结构力学以及随机非线性动力学相关理论及方法为基础，建立了不同支撑条件下输流管道的随机非线性动力学模型，讨论了不同随机环境下管道的复杂动力学行为。首先，采用铁木辛柯直梁模型，结合运输管道实际工况，给出确定性周期激励和窄带有界噪声参数/外激励的联合扰动形式，建立了输流管随机非线性动力学模型。其次利用三角级数模拟和伽辽金截断方法，对连续模型离散化，通过选取不同阶次的振动模态运动方程，利用随机振动和和随机非线性动力学进行理论分析；由于多相流态运输管道是连续系统，其离散化后的模型通常是高维的，这里通过特殊的二自由度系统，结合多相流态运输管道壁压力分布统计特性，应用高维随机梅尔尼科夫方法，分析有界噪声作用下系统动力学特性随参数变化特征和响应动态特性对应的参数分布区域。之后，借助龙格-库塔方法，发展了随机胞映射和随机庞加莱映射方法，研究了随机非线性动力学系统在庞加莱截面上离散点集和怪引子受随机激励强度和其他参数的影响、相互碰撞和融合等变化规律。然后，在竖直支撑系统基础上，对模型中重力参数进行了分析和研究，进而将研究拓展至一般倾斜支撑条件，并分析重力参数对系统的影响。最后，基于建立的模型进行相应的数值模拟和实验分析，完善实验测试点的布局、优化，对运输过程中管道振动的动态演化趋势作了合理和有效预测，不同条件支撑条件下的输流管道振动的有限元和实验分析结果验证了理论与方法的正确性。此外，本项目还对管材的增强增韧和材料剥离回收进行了研究，对改善输流管道材料振动特性、降低成本和环保方面起到了重要作用。