考虑液固耦合的三维水池地震动力性能研究

市政贮液构筑物中的液体在地震作用下会发生波动晃漾,产生的液动压力和冲击作用对结构动力特性和地震响应有明显的影响。本文以实际工程中的二沉池结构为例,建立包含流体和考虑与结构相互作用的三维数值模型,与现有规范对比验证了计算模拟方法的正确性和精确性,研究了结构径高比、储液量对结构地震动力性能的影响,讨论了三种地震波作用下水池不同高度处的动力响应,数值分析结果显示径高比、储液量对结构动力性能有明显的影响,地震激励作用下的水池底部和中部液动压力和弯矩相对较大,设计时应综合考虑合理选取结构参数和配筋。

大型拦污栅结构液固耦合流激振动分析

以巴基斯坦真纳电站进水口拦污栅结构为对象,研究大型拦污栅结构流激振动及其影响因素。建立了拦污栅结构数值分析模型,以液固单元接触分析处理了液固耦合作用,分析了栅条作用、液固耦合、支撑约束及结构边界条件等因素对大型拦污栅结构动力特性的影响,给出了大型拦污栅避免栅体涡栅共振及栅条流激共振评判条件。结果表明:栅条作用与液固耦合对大型拦污栅结构动力特性的影响不容忽视,结构加固可能降低其动力安全性,而支撑约束及结构边界条件对拦污栅结构振动影响很小。该成果为该型拦污栅流激共振评判提供新依据,为相关技术标准修订提供参考。

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高,液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加.液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性,是航天器动力学中一个备受关注的问题.充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统,理论上是无穷维的,而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的,因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰.另外,液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响,在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应.本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际,从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状,并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况;然后,以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件;最后,根据航天器工程的发展需求,对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.

航天器液体晃动与液固耦合动力学研究概述

液体晃动是一个在充液航天器总体设计中必须考虑的问题，随着航天事业的飞速发展，推进剂占火箭、卫星等航天器总重量的比重不断加大，推进剂的运动对在轨航天器的稳定、控制、定位、对接的影响都是关键的．因而，需要对液体晃动做更深入的研究．液体燃料系统是航天器复杂大系统的一个子系统，在进行整个系统分析时需要考虑到液体与结构之间的相互作用，这样就必须进行液固耦合力学的研究．本文对与航天工程相关的液体晃动问题和液固耦会动力学问题的研究方法进行了简要介绍，概要性综述了这些问题的研究进展．

基于液固耦合有限元分析的驾驶室液压悬置结构参数

通过材料试验确定了所研究驾驶室液压悬置橡胶材料的本构模型。分别建立了液压悬置的固体模型和液体模型,将其导入有限元分析软件中建立了液固耦合模型。利用准静态分析方法计算了液压悬置的静刚度,并与试验数据进行了比较。在动刚度分析中,液体流动参数采用K-Epsilon RNG紊流模型,计算了液压悬置的动刚度和相位角,并与试验数据比较。经过试验验证,表明所建立的驾驶室悬置液固耦合有限元模型是正确的。利用所建立的有限元模型分析了悬置主要结构参数对其动特性的影响。

贮箱类液固耦合动力学研究

以常重力作用下矩形贮箱类液固耦合系统受到俯仰激励情形为例，本文采用与以往不同的方式，在描述耦合系统中的液体子系统和结构子系统时，分别运用了两种不同形式的Lagrange函数，以此为基础可以得到降阶的系统耦合动力学方程，该方法大大减少了公式的推导工作。通过一个算例，讨论了该耦合系统的非线性动力特性。本方法可推广应用于分析圆柱等其它形状贮箱中液体的三维晃动情形下的液固耦合系统动力学特性。

液固耦合对水轮机固定导叶振频振型的影响

通过对固液界面的压力和法向加速度的分析 ,并引入虚功原理的附加质量 ,得到弹性体在液体中的结构方程 ,并应用此方程对水轮机固定导叶在水中的固有频率和固有振型进行解析 。

考虑液固耦合水池地震反应分析方法及其应用

本文以钢筋混凝土水池为研究对象,采用势流体理论,建立液固耦合分析模型,给出相应的地震反应分析方法.采用上述分析方法对水池结构进行简化,改变水池的各设计参数对水池结构液固体系进行地震反应分析,研究给出考虑液固耦合作用对水池抗震性能的主要影响因素,并总结液体-固体耦合相互作用的规律,为这类钢筋混凝土水池的抗震设计、抗震规范制定和抗震安全性评定提供理论基础和依据.

圆柱贮箱类液固耦合系统转动响应分析

以一种新方法建立了俯仰激励下圆柱贮箱类液固耦合系统的动力学方程。对液体子系统和结构子系统分别得到压力体积分形式的 L agrange函数和标准形式 L agrange函数 (动能减去势能 ) ,由变分方程和 L agrange方程可以建立系统的动力学方程。通过数值仿真发现 ,在一定的激励幅值和频率下 ,该耦合系统会出现零点漂移。

卧式圆形储油罐液固耦合模态分析

以油料运输中的主要工具铁路卧式圆形储油罐(卧式罐)为研究对象,应用液固耦合原理并以有限元分析软件ANSYS为工具,对装载不同深度有自由液面液体的卧式罐进行了模态分析与计算,得到了不同液体深度下油罐的固有频率及其前四阶固有频率的振形图.分析结果表明,卧式罐固有频率值随液体深度的增加而逐渐降低,用耦合法与平均密度法求解系统固有频率时,所得的计算结果差异较大.

二维应力场下承压地层中渗流的液固耦合问题

考虑到多孔介质渗透率随孔隙变化的特点， 研究二维应力场下承压地层中渗流的液固耦合问题， 提出了解耦方法； 并求出耦合条件下的孔隙压力与介质应力的解析解。计算表明， 耦合效应不容忽略。

液固耦合系统中液体的有限幅晃动力及晃动力矩

研究弹簧_质量系统与圆柱贮箱类液体有限幅晃动系统间的非线性耦合动力学问题· 在建立了六自由度非线性耦合动力学模型的基础上 ,导出了液体有限幅晃动力和力矩解析表达式· 指出在终了构形上积分及压力表达式中的非线性项是有限幅晃动作用力、作用力矩非线性的根源· x、y方向结果之间良好的对称性在很大程度上证明了结果的正确性· 通过耦合机理分析可知 ,这样的理论结果应具有较大的普适性· 数值仿真结果与有关实验结果进行了对比· 分析认为 ,在终了构形上求晃动力。

矩形贮箱类液固耦合系统的平动响应研究

采用与以往不同的方式 ,综合运用两种不同形式的 L agrange函数 ,以简洁的方式建立了常重力下受到水平激励的矩形贮箱类液固耦合系统的耦合动力学方程。该方法大大减少了公式推导 ,且所得的动力学方程是降阶的。通过数值仿真发现 ,在一定的激励幅值和频率下 ,该耦合系统会出现零点漂移等非线性动力学现象。

用液固耦合方法研究柴油机油底壳辐射声场

随着科技水平的进步,人们对生存环境要求的日益提高,在发动机产生的公害中,噪声问题已逐渐被重视起来。实践表明,油底壳是发动机中的主要表面噪声辐射源。为了更有效的对油底壳噪声进行仿真研究,建立了机油与油底壳的液固耦合模型,将有限元(FEM)与边界元(BEM)结合起来,探讨了油底壳表面辐射声场的仿真分析方法,研究了结构刚度和结构阻尼等因素变化对其的影响。

高速弹丸侵彻储油容器液固耦合数值分析(英文)

为了探讨高速弹丸侵彻储油容器的液固耦合作用机理,采用大型动态非线性有限元软件ABAQUS\EXPLICIT,对空载、4/5装载和满载三种装载状态下的侵彻动力学过程进行了数值模拟。通过对比分析,得到了三种装载状态下弹丸速度衰减曲线和储油箱体的损伤变形特征,并对侵彻过程不同阶段的动力学特征和损伤机理进行了分析,计算结果与相关实验和理论结果吻合较好。结果表明:燃油对高速弹丸侵彻油箱的动力学过程影响很大,其作用主要体现在吸收更多弹丸的动能并将其转化为与燃油接触箱体的变形能,这往往会带来箱体整体性的破坏,在储油容器的结构强度设计时必须加以考虑。

机油参数对液固耦合油底壳辐射声场的影响

目前,噪声公害受到了越来越多的重视。为了更有效地对发动机的主要噪声辐射源———油底壳的噪声进行仿真研究,采用将有限元(FEM)与边界元(BEM)相结合的方法,建立了机油与油底壳的液固耦合模型,探讨了油底壳表面辐射声场的仿真分析方法,并在此基础上研究了机油量、机油温度等因素变化对其的影响。

矩形贮箱类液固耦合系统转动特性分析

应用本文提出的综合运用两类不同形式的Lagrange函数建立系统动力学方程组的新方法 ,分析了俯仰激励下矩形贮箱类液固耦合系统动力学特性 ,观察到了幅频响应曲线中的“跳跃”和“滞后”等非线性系统所具有的动力学现象。

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。

大型LNG储罐液固耦合模态分析

利用ADIAN软件中的Lanczos特征值算法,以山东青岛市董家口一座16万m3大型预应力混凝土储罐为研究对象,考虑液固耦合效应,对LNG储罐内外罐进行模态分析,比较了考虑液固耦合的理论计算结果与有限元计算的结果,证明了ADINA计算的正确性及有效性。对比分析外罐对內罐液固耦合和液体晃动的影响。得出液固耦合作用下,配筋方式及预应力钢筋间距对大型LNG混凝土外罐的梁式振动频率的影响;外罐自振频率跟泄露液体深度的曲线关系;对于LNG储罐的优化设计提供了设计依据,对地震作用下储罐的动态分析提供数据,为研究LNG储罐的抗震设计具有明显的指导性意义。

液固耦合动力学问题的研究

本文讨论了液固耦合问题在几个重要领域的研究方法和近期的一些研究成果 。