Out-of-Plane Vibrations of Angled Pipes Conveying Fluid

내부유동을 포함한 굴곡된 파이프의 외평면 진동해석

This paper considered the out-of-plane motion of the piping system conveying fluid through the elbow connecting two straight pipes. The extended Hamilton's principle is used to derive equations of motion. It is found that dynamic instability does not exist for the clamped-clamped, clamped-pinned and pinned-pinned boundary conditions. The frequency equations for each boundary conditions are solved numerically to find the natural frequencies. The effects of fluid velocity and Coriolis force on the natural frequencies of piping system are investigated. It is shown that buckling-type instability may occur at certain critical velocities and fluid pressures. Equivalent critical velocity, which is defined as a function of flow velocity and fluid pressure, are calculated for various boundary conditions.

본 연구는 두개의 직선 pipe가 elbow로 연결된 piping system의 내부에 유체가 흐를때 발생하는 out-of-plane 운동을 다루었으며, Extended Hamilton's principle을 이용하여 운동방정식을 유도하였다. clamped-clamped, clamped-pinned; pinned-pinned인 경계조건을 갖는 piping system의 경우, dynamic instability는 일어나지 않음을 고찰하였으며, 각 경계조건에 대한 진동수 방정식으로부터 고유진동수의 수치해를 얻었다. 유체의 속도와 Coriolis힘이 진동수에 미치는 영향을 고찰하였고, 유체의 속도와 압력이 어느값을 넘어설때 buckling-type instability가 일어남을 알았다. 그리고 유체의 속도와 압력의 함수로 등가임계속도를 정의하고 여러가지 경계조건에 대해 buckling 이 일어나는 등가임계속도를 계산하였다.