输气管道是我国工业能源中必不可少的一项基础设施,连接着全国输送资源的大动脉,是国家经济发展中的重要支撑。在输气管道中,由于流体介质与管道系统的相互作用,会使管道系统发生振动,产生噪声污染,严重的耦合振动将导致管道或机器系统损坏。一旦管系遭到损坏,会造成管内气体的泄漏甚至爆炸,不仅对经济和环境带来一定的损失、危害,还威胁着人们的生命财产安全。因此对输气管道流固耦合动态特性的研究具有十分重要的意义。本文以采空沉陷区埋地管线系统中完全裸露于自然环境中的输气管道为研究对象,研究不同参数对管道流固耦合振动特性的影响。主要研究内容包括:(1)建立了管道非线性流固耦合横向振动模型;(2)研究了三种工况下不同参数对管道振动特性的影响;(3)研究地基的随机运动对管道位移响应及应力的影响。本文首先利用哈密顿原理建立管道流固耦合横向振动微分方程。其次,根据裸露管体两端的实际支撑情况,将管道分别化简为的简支管道模型、悬臂管道模型和固支管道模型进行分析研究,利用MATLAB软件分析了三种工况下流体因素、几何因素和温度改变量对管道固有频率的影响。最后,利用ANSYS Workbench有限元软件分析了随机载荷对管道位移响应和应力的影响。本文通过研究管道流固耦合横向振动特性,得出了如下结论:(1)在三种工况下,管道固有频率均随管道外径的增加而增加,工程流速范围内,可忽略流体流速对管道固有频率的影响。(2)在简支和悬臂管道振动系统中,固有频率随管长的增加而减小;对于固支管道振动系统,固有频率随管长的增加呈现先减小后缓慢增加。(3)在简支管道和固支管道振动系统中,固有频率均随流体压力或温度改变量的增加而减小;而在悬臂管道振动系统变化规律正好相反。(4)管道较细长或温度变化量较大时,简支管道和固支管道会发生屈曲,在工程实际中要避免该情况的发生。(5)管道中点挠度振幅随流体流速、管长和温度变化量的增大而增大,随外径的增大而减小,流体压力对管道中点的振幅无明显影响。(6)在随机载荷作用下,悬臂管道在自由端振动位移最大,在固定端应力最大;在随机载荷作用下,简支和固支管道均在约束端应力最大,在距约束端四分之一处位移最大。