密度分层液体晃荡非线性相互作用机理研究

基于振动台试验研究了水平激励下的密度分层液体晃荡,利用Morlet小波变换和小波二阶相关谱分析了密度分层液体晃荡的非线性作用.Morlet小波变换显示界面波最大波高和最大晃荡压力发生在强非线性相互作用的时间段内,当外激励频率远离理论固有频率时,只在密度分层液体晃荡初始时间段内发生较强的非线性相互作用,当外激励频率等于固有频率时,非线性相互作用程度随着时间推移越来越强.小波二阶相关谱呈现的Morlet小波变换中出现的频率变化表明,当外激励频率等于固有频率时密度分层液体晃荡的非线性相互作用程度最强,其程度在小波二阶相关谱中接近1.当外激励频率远离固有频率时,界面波频率成分之间也有相当程度的非线性相互作用(bw>0.5).

垂直隔板开孔率对液体晃荡影响的试验

为了研究垂直隔板开孔率对液体晃荡特性的影响,采用六自由度运动模拟平台,在外激励频率为0.8~1.2倍无隔板液舱一阶固有频率范围内,对安装不同开孔率垂直隔板的矩形液舱开展了一系列晃荡试验。试验结果表明:不同外激励频率作用下开孔率为0.1的开孔隔板在减小液体最大晃荡波高和部分位置的最大冲击压强等方面优于无孔隔板;开孔隔板抑制液舱晃荡的效果随着开孔率的减小而增强;外激励频率为固有频率时,晃荡波的主要频率成分为外激励频率;外激励频率偏离固有频率时,晃荡波的主要频率除了外激励频率外还存在其倍频,且倍频成分随开孔率的增大而逐渐消失。

低载液率液体晃荡冲击压力的试验研究

基于电动运动模拟平台,通过改变幅度、频率研究了低载液率晃荡问题,获得了液舱内壁上的压力分布对外激励频率的响应规律,所研究频率范围包含了一阶共振模态及二阶共振模态。研究分析了晃荡波破碎现象对试验数据可重复性的影响,发现只有在共振频率附近的两组试验数据的决定系数较小并且随着幅度增大而减小。压力-频率响应曲线显示最大压力峰值的响应频率出现在稍大于依据线性波理论计算出的一阶固有频率处。通过不同振幅的对比研究发现振幅仅在共振模态下对晃荡压力幅值有较大影响。此外,瞬态及稳态压力时程曲线的频域特征表明,压力时程曲线中的频率成分主要为外激励频率或因晃荡波非线性相互作用而产生的倍频。

Effects of Perforated Baffle on Reducing Sloshing in Rectangular Tank:Experimental and Numerical Study

A liquid sloshing experimental rig driven by a wave-maker is designed and built to study liquid sloshing problems in a rectangular liquid tank with perforated baffle. A series of experiments are conducted in this experimental rig to estimate the free surface fluctuation and pressure distribution by changing external excitation frequency of the shaking table. An in-house CFD code is also used in this study to simulate the liquid sloshing in three-dimensional （3D） rectangular tank with perforated baffle. Good agreements of free surface elevation and pressure between the numerical results and the experimental data are obtained and presented. Spectral analysis of the time history of free surface elevation is conducted by using the fast Fourier transformation.

基于振动台实验的液体晃荡激励参数敏感性研究

为评估不同参数对晃荡冲击压力的敏感性,基于振动台实验研究了运动幅度、水深尤其是外激励频率对晃荡冲击压力的响应规律.实验中,运动幅度分别为3、5、7 mm,水深分别为9和20 mm,外激励频率的范围为0.5f_0～2.0f_0(f_0为固有频率).通过计算相同实验条件下两组实验数据的决定系数讨论了运动幅度、水深及外激励频率对实验数据可重复性的影响.研究发现浅水晃荡中最大压力的响应频率略大于理论上的固有频率,而有限水深晃荡中最大压力的响应频率略小于理论上的固有频率.运动幅度仅在共振频率附近对晃荡冲击压力较敏感.压力时程曲线的瞬态阶段主要受外激励频率和固有频率调制,稳态阶段仅受外激励频率及其倍频的影响.

不同海浪谱激励下矩形液舱内液体晃荡试验研究

在振动台上试验研究了矩形液舱在宽频带Bretschneider谱与窄频带JONSWAP谱分别激励下的随机晃荡自由液面波特性及其对液舱内壁的冲击压力分布规律,并详细讨论了两种海浪谱作用下自由液面高程最大值及动态压力最大值随谱峰周期和有效波高的变化关系.研究发现相同有效波高、谱峰周期条件下,Bretschneider谱激励下的液体晃荡比JONSWAP谱激励下的液体晃荡更为剧烈.自由液面高程频域分析表明两种海浪谱作用下的自由液面波形状主要受液舱最低固有频率调制,晃荡波能量主要集中在液舱最低固有频率上,且液舱内各测点处的最大动态压力从液舱底部到自由液面处依次增大.

水平运动模拟器复演随机海浪谱实验

设计了一种水平随机运动模拟器,并基于模型实验研究了该水平运动模拟器复演宽频带Bretschneider谱(B谱)与窄频带JONSWAP谱(J谱)所生成随机运动位移的能力及其关键影响因素。通过改变谱峰周期和有效波高讨论了两种海浪谱所生成水平随机运动位移的极值及与随机运动位移相应的频谱密度特征,确定了谱峰周期及有效波高对水平运动模拟器冲程的影响规律。基于实测频谱密度与理论谱之间的拟合优度,发现该模拟器对宽频带的B谱具有较高的复演精度,而对能量分布相对集中的窄频带J谱的复演精度相对较低,并且发现谱峰周期是影响J谱实测谱与理论谱拟合优度的主要因素,同时由J谱生成的随机运动位移的标准差及相应频域中能谱密度的方差均大于B谱,表明J谱相对B谱而言是一种高离散度的谱型,在运动模拟器中很难被精确复演为随机运动位移。

液体晃荡压力分布规律OpenFOAM模拟研究

利用振动台试验数据对基于开源程序OpenFOAM建立的液体晃荡模型进行了验证.利用验证后的数值模型研究了液体深度与液舱长度比为0.15和0.33两种工况下,矩形液舱在不同频率下的液体晃荡压力分布规律.冲击压力最大值及其均方差对频率的响应曲线显示液体深度与液舱长度比为0.33时比0.15时更容易发生剧烈的晃荡现象.不同液体深度的晃荡冲击压力对频率的响应曲线呈现不同的规律:对浅水晃荡来说,压力最大值随着频率的增大先缓慢增大后快速减小;对有限水深晃荡来说,压力最大值随着频率的增大先快速增大后缓慢减小.晃荡压力沿舱壁的垂向分布规律表明最大冲击压力位于自由液面稍上处,并且位于最大冲击压力位置之下的压力沿舱壁的分布规律均可以拟合为二次多项式形式.

曲线形单杆非对称结构的简化计算

针对曲线形单杆非对称结构计算量大的难题,提出将其简化为对称结构与反对称结构之和的简化计算方法,推导了对称结构、反对称结构上的对称荷载、反对称荷载叠加求解该类型构件的内力公式,建立了构件计算模型,达到了消除部分计算系数和自由项的效果,提高了计算效率。