输液管路系统中通常设置有阀门结构,通过关闭和开启阀门控制管内流体流量。阀门在启闭过程中引起的流体波动会产生水锤效应,导致管路剧烈振动并产生噪声,甚至引发管路系统的安全事故。因此,研究输液管路系统的振动特性和阀门启闭过程中管路的动态响应,对于设计、校核与评估输液管路系统的振动噪声和结构安全性具有重要的价值。本文以带有单个蝶形阀门和若干弹性支承的某输液管路系统为对象,研究管路系统在阀门启闭过程中的流固耦合瞬态响应和模态响应。首先使用ANSYS Workbench平台中的双向流固耦合技术对阀门附近管路在阀门启闭过程中的流固耦合作用过程进行瞬态分析,得到阀门启闭过程中管路内部流场分布和结构响应。然后,在经典Euler-Bernoulli梁理论的基础上,根据管路轴向、周向和横向流固耦合振动微分方程组,建立考虑流固耦合振动的管单元有限元列式,使用UPFs二次开发功能将流固耦合管单元添加到ANSYS中,并用算例验证了自定义流固耦合管单元的准确性和高效性;在此基础上,使用自定义流固耦合管单元对某实际输液管路系统进行模态分析,得到该管系的固有频率,发现所对应振型的振幅最大处均在阀门部件位置,同时得到了弹性支承刚度、分布数量和位置对管路系统固有频率和振型的影响规律。最后,对带有一个阀门和若干弹性支撑的实际输液管路系统进行双向流固耦合分析,研究了不同阀门闭合时间对水锤效应和管路系统振动特性的影响规律,结果表明,水锤压力峰值和管路结构振动位移峰值随着阀门关闭速度的加快而增大,而水锤压力随着与阀门距离的增大而衰减;通过曲线拟合分别得到描述水锤压力与距阀门距离、水锤压力峰值与阀门闭合时间、管路振动位移峰值与阀门闭合时间的经验公式。