考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析

充液圆柱壳结构广泛存在于在工程中,在外部激励作用下,圆柱壳会与流体产生耦合振动,且未充满的液面也会产生晃荡,这种耦合振动响应分析在工程中具有重要意义。提出了一种求解考虑内部液体小幅晃荡的弹性圆柱壳振动响应的半解析法。首先分别在壳体建立结构坐标系、在自由液面建立液体坐标系,各自用来描述结构及内部液体的运动。基于Flügge壳体理论建立了圆柱壳的运动控制方程。将液体视为无黏、不可压缩的理想流体,根据线性水波理论和液体自由表面运动边界条件,得出了内部液体的速度势函数。通过流固耦合界面的连续性条件,结合坐标变换推导得到流固耦合系统的运动控制方程。研究了壳体在径向点力激励下振动响应,并得出了对应的液面晃荡响应。和有限元法对比验证了方法的正确性,然后改变相关参数讨论了考虑内部液体晃荡的弹性圆柱壳振动响应特性。

支承刚度各向异性部分充液转子系统的稳定性

在二维无粘旋转流体模型的基础上 ,本文研究了支承刚度各向异性部分充液转子系统的稳定性问题 ,系统地分析了转子系统的各参数对其稳定性的影响。结果发现转子的支承刚度非对称并非一定导致出现两个互相独立的不稳定区 ,只有在系统参数的一定组合情况下 。

部分充液悬臂转子在不稳定区的动力特性

描述了试验中部分充液转子系统在失稳过程中的动力特性 ,注意了转子在不稳定区的涡动频率和方向 ,流体表面的状态与转子失稳之间的关系 ;研究了充液量对转子的涡动频率和不稳定区的影响。报道了部分充液转子系统在失稳过程中的一些重要现象 。

部分充液多胞元结构的面内动态力学特性研究

为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能,结合充液内凹胞元的落锤冲击试验,建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析,计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式,讨论了不同冲击速度下部分充液内凹多胞元结构的动力学响应特性。结果表明:在充液胞元破损后,水介质会流入相邻未充液胞元,形成二次鼓胀吸能效应,从而有效提高结构壁面的变形吸能水平;结构中的充液区域和未充液区域的变形破坏模式分别为鼓胀拉伸和屈曲弯折;随着冲击速度的提高,结构的单位体积应变能以及对初始冲击载荷的削弱作用均得到增强。横向充液方式可以等效为变刚度弹簧的串联布置,该方式仅影响结构的局部刚度,纵向充液方式可以等效为多层变刚度弹簧的并联布置,该方式会影响结构的整体刚度;充液区域与未充液区域的等效刚度呈动态变化,结构变形模式由各区域实时的等效刚度决定。当载荷冲击速度较高时,横向和纵向部分充液内凹多胞元结构对初始冲击载荷的削弱能力均优于未充液内凹多胞元结构。

部分充液卫星的非线性稳定性和动力学分析

针对简化了的部分充液卫星模型,分析了系统的非线性稳定性,指出了系统发生Hopf分岔的临界参数,并用中心流形方法研究了其稳定性.最后,通过相平面轨迹和基于最大Lyapunov指数的参数图,分析了系统的非线性机制.

部分充液柔性转轴的动力稳定性

讨论了腔内部分充液的细长柔性转轴的动力稳定性．通过选择特征量和估计控制方程、边界条件中所有项的量级，把腔内流体的三维流动问题简化为二维流动问题．使用Ｂｅｒｎｏｕｌｉ－Ｅｕｌｅｒ梁的弯曲来描述转轴的变形以及二维转子的结果后，可以得到转轴失稳判别的解析表达式．本文工作发展了Ｃｒａｎｄａｌ的结果．

阀控充液式液力偶合器连续充液瞬态匹配特性研究

为了预测液力偶合器与三相异步电机共同工作时的软启动性能,采用仿真软件ANSYS-CFX模拟得到了液力偶合器的泵轮转矩特性,将电机与液力偶合器的输入特性联合分析,结合匹配原则,利用Matlab软件确定了两者在不同充液率及不同转速比下的共同工作点,并计算获得了液力偶合器与电机在全充液及部分充液工况下的共同工作输出特性。结果表明,在不同充液率条件下,液力偶合器与电机共同工作时,输出转矩整体上随着输出转速的增大而减小,随着充液率的增大而增大,输出转速较低时,90%、100%充液率下的转矩值保持稳定不变,与电机直接启动相比,共同工作时的输出转矩变化更为平稳。分析结果可为刮板输送机软启动控制策略的研究与制定提供参考。

爆炸载荷下多胞元液舱结构的防护效能研究

为探究多胞元液舱结构对爆炸载荷的防护效能,提出了内凹多胞元液舱结构,建立了常规液舱结构、内凹多胞元液舱结构的三维数值模拟模型,比较了两类结构在不同强度的爆炸载荷作用下的响应和防护特性,讨论了充液方式变化对多胞元液舱结构抗爆效能的影响。结果表明:在爆炸载荷作用下,完全充液液舱结构的前、后面板均呈现出与爆轰方向一致的弯曲变形,其余外侧面板呈现出向结构外部的弯曲变形,部分充液液舱结构的变形形貌与充液位置有关;在对结构进行完全充液时,内凹多胞元液舱结构的抗爆效能优于常规液舱结构;在对结构进行部分充液时,于近爆端进行部分充液的内凹多胞元液舱结构的抗爆效能优于常规液舱结构,于远爆端进行部分充液的内凹多胞元液舱结构的抗爆效能劣于常规液舱结构。

液力偶合器气液界面追踪数值模拟

部分充液下液力偶合器内部介质运动为离心力场作用下的复杂两相流动,而液相分布形态对涡轮输出特性有着直接影响。为掌握偶合器内液相分布规律,将工作腔内介质运动视为分层流动,采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)两相流模型,追踪562型标准桃形腔偶合器内不同工况下的气—液分界面。建立三维周期性流道模型,采用Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of operators,PISO)压力耦合算法,并用内部面模拟泵、涡轮间的交互作用,转速比i=1.0和i=0.6时的叶片表面液相分布与文献中试验结果具有高度相似性。仿真结果表明,随泵涡轮间转差增大,气液分界面倾斜加剧,直至形成大的环流,而泵轮叶片压力面液相分布区域增大,吸力面液相减小;低挡圈(R=155 mm)对环流形态影响较小,主要起到限矩作用,而高挡圈(R=175 mm)可抑制大环流的产生。

运油车油罐中液体晃荡的分析

研究了长方体油罐中油液的晃荡问题,并分析了安装弹性防晃隔板后的情况,列出了其液固耦合边值问题的数学描述式,得到了有工程应用价值的解析解。数值算例表明,计算结果与工程实际情况是吻合的。

有限长圆柱壳-流场部分耦合系统声振建模及机理研究

圆柱壳-流场部分耦合系统(圆柱壳轴线与自由液面平行)在工程中广泛应用,其声振性能关系到结构的安全性、功能性;此外,流体负载在结构周向分布的非连续性,以及自由液面的声波反射效应会对声固耦合振动产生交互影响,其中又含有丰富的学术问题。因此,开展对圆柱壳-流场部分耦合系统的声振研究工作。首先,以有限长部分浸没圆柱壳为研究对象,基于声场、结构两套不同坐标系建立了系统的数学物理模型;然后利用Galerkin法处理声固耦合面上振速连续条件,得到声场和位移场系数向量的矩阵关系,进而可对振动量进行理论求解。与有限元结果对比验证了该方法的准确性,且该方法具有适用范围广、计算量小的优势。接着,将方法延拓到处理部分充液工况,且对比研究了相同液面高度下部分充液圆柱壳与部分浸没圆柱壳自振特性的异同,并从数学机理上揭示了其成因。