任意三维贮箱内液体晃动的模态分析及其等效力学模型

本文采用有限元方法建立了数值求解任意三维贮箱内液体晃动固有频率和模态、动力特征参数的通用程序,利用州ANSYS有限元前处理模块,使得程序的通用性达到最大化。通过对液体受迫晃动的结果分析,发现了三维晃动中贮箱外激励与模态响应之间的复杂关系,并且提出了建立液体受迫晃动的等效力学模型的方法。本文以油罐车充液贮箱为例,数值研究了贮箱端部不同所引起的动力学差异,给出了晃动频率和晃动质量的变化曲线。

俯仰激励下三维液体大幅晃动问题研究

主要研究俯仰激励下三维液体大幅晃动问题,将任意Lagrange-Euler法(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)运动学描述引入到Navier-Stokes方程中,推导了俯仰激励下液体大幅晃动数值模拟计算公式,并利用Galerkin加权余量法推导了有限元数值离散方程和分步有限元计算格式,采用ALE分步有限元方法对圆筒形贮腔中的液体大幅晃动进行了数值模拟计算.得到了波高、晃动力及晃动力矩等晃动特性的时间变化历程,并对结果进行了分析,揭示了俯仰激励下三维液体大幅晃动问题的非线性现象.

非轴对称贮箱液体晃动的等效力学模型

针对非轴对称贮箱液体晃动问题,从一般意义上推导了作三维运动的任意三维贮箱内液体晃动的等效力学模型,采用有限元方法建立计算等效力学模型参数的数值算法,利用矩阵相似变换的性质分离液体零频以消除液体刚度矩阵的奇异性,从而将等效力学模型参数的计算归结为广义特征值问题和线性代数方程组的求解,具有较高的计算效率。通过非轴对称贮箱液体晃动的算例说明,不同的等效晃动方向可能不正交,晃动平面可能不过液体质心,因此非轴对称贮箱液体晃动的等效力学模型比轴对称贮箱液体晃动的更加复杂。最后以三棱柱形充液贮箱为例,采用商用CFD(计算流体动力学)分析软件FLOW-3D验证了在贮箱作典型三维运动时等效力学模型的有效性。