【摘 要】
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流体晃动问题广泛存在于工程的各个领域当中,储液罐一旦受到外部激励,就会发生复杂的流-固耦合作用,对工程结构产生极大的破坏。因此,研究罐内流体的动力学响应机理显得十分有必要。本文基于流体子域法和有限元分析软件ADINA研究了带两层不同刚性隔板的储液罐内流体的动力学特性,本文的研究内容如下:(1)针对带两个不同隔板的圆柱形储液罐,按照流体子域法划分原则,将复杂的流体域划分成8个简单的子域,并利用叠加原
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流体晃动问题广泛存在于工程的各个领域当中,储液罐一旦受到外部激励,就会发生复杂的流-固耦合作用,对工程结构产生极大的破坏。因此,研究罐内流体的动力学响应机理显得十分有必要。本文基于流体子域法和有限元分析软件ADINA研究了带两层不同刚性隔板的储液罐内流体的动力学特性,本文的研究内容如下:(1)针对带两个不同隔板的圆柱形储液罐,按照流体子域法划分原则,将复杂的流体域划分成8个简单的子域,并利用叠加原理和分离变量法求解各个子域速度势的试函数,待定系数由子域间的连续条件与自由液面的动力学边界条件确定。通过广义傅里叶展开将级数方程转换成线性方程组,从而得到关于频率与模态的特征方程。利用求解广义特征值的方法确定待定系数。收敛性和比较研究验证了流体子域方法的高精度和正确性,并详细的讨论了隔板参数对流体晃动特性的影响。(2)在此基础上研究了水平激励下带两层不同隔板的圆柱形储液罐内流体晃动响应,流体的绝对速度势由刚体速度势和摄动速度势叠加而成。将广义坐标引入摄动速度势中,通过自由液面的运动学和动力学方程,建立了储液系统的动力响应方程,根据杜哈梅积分给出动力响应方程中的解析解,从而使问题得到了解决。将ADINA解和本文解进行比较从而验证了流体子域法的正确性,并详细的探讨了隔板参数对液面波高、基底剪力和倾覆弯矩的影响。(3)本文进一步应用流体子域法研究俯仰激励下带不同隔板的圆柱形储液系统的动力响应。流体速度势包含两部分:流体晃动速度势和Stokes-Joukowski势。在自由液面波高函数和流体速度势中分别引入了广义坐标。通过求解流体晃动速度势的思路,根据边界条件求解Stokes-Joukowski势的解析解,利用自由液面方程建立有关广义坐标的动力响应方程。将本文解和ADINA解进行比较从而验证了流体子域法的正确性,并详细的探讨了隔板参数对液面波高、基底剪力和倾覆弯矩的影响。(4)最后采用有限元分析软件ADINA研究了水平激励下带两层不同隔板的二维储液系统的动力响应。计算了单层隔板和双层不同隔板的波高响应,将两种情况下的波高响应进行对比,验证双层隔板的有效性。探究了双层隔板参数对流体晃动响应的影响,并讨论了涡旋的演化机理。
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