弹性变形对三维液舱晃动液面影响的实验研究

发布时间：2017-10-20 03:26

  本文关键词：弹性变形对三维液舱晃动液面影响的实验研究

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【摘要】：航空、航天、船舶海洋以及能源化工领域的许多工程实际都涉及到液体晃荡问题,如行驶在公路上的油罐车、航行中的载液货船、浮式海洋平台储油系统、飞行中的火箭液体推进剂贮箱等储液系统。在外荷载的激励作用下,液舱内的液体会产生大幅运动,并对局部液舱壁产生强烈的冲击作用,引起结构的局部破坏。因此开展液体晃荡问题研究具有重要的科学意义和应用价值。本文的主要工作是通过物理模型实验,对浅液深和一般液深两种情况下、水平简谐激励作用下弹性侧壁液舱内的液体晃荡问题进行探讨与分析。实验中分析了不同液深、不同激励频率和不同激励振幅下液舱内液面高度的变化特性,并与同尺寸的刚性液舱的实验结果进行了比较,分析了液舱壁的弹性变形对液舱内波面变化特征的影响。主要工作内容如下：在水深液舱宽度比h/L=0.167的浅液深条件下,实验中给出了弹性侧壁液舱和刚性液舱的一阶自振频率值,二者接近,而且比线性理论值大约5%。分别对刚性和弹性侧壁方箱在不同频率的简谐纵向激励作用下的波动形态进行了分类,分析了在二维行波、过渡状态和三维共振以及二阶次共振等不同波动形态时液舱内的波面高度分布和变化特征,给出了液舱内晃动波高频率响应曲线及谱分析结果。比较分析结果表明：在水平激励作用下,当液舱内液面呈现二维行波波动时,弹性侧壁液舱和刚性液舱内的波面高度基本相同。当液舱内液面处于三维波动状态时,弹性侧壁液舱内的波面高度明显大于刚性液舱的情况,在一阶共振情况下,弹性侧壁液舱内角点处#1测点平均波高比刚性液舱大约20%。在水深液舱宽度比h/L=0.333的一般液深条件下,实验中给出了弹性侧壁液舱和刚性液舱的一阶自振频率值,二者值接近,比线性理论值大约小了2%。同样对刚性和弹性侧壁液舱在不同频率的简谐纵向激励作用下的波动形态进行了分类,分析了在二维行波、过渡状态、二阶次共振、三维共振以及三维旋转等不同波动形态时液舱内的波面高度分布和变化特征,给出了液舱内晃动波高频率响应曲线及谱分析结果。比较分析结果表明：在水平激励作用下,当液舱处于次共振状态时,刚性液舱内四个角测点和中心测点波高大,弹性侧壁液舱则是四边中心点波高大。其他状态下,弹性侧壁液舱与刚性液舱内波面晃动模态基本一致,液面波高相差不大。
【关键词】：液体晃荡 弹性液舱 波高 共振
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景、意义和应用价值9-10
• 1.2 刚性液舱液体晃荡的研究10-13
• 1.2.1 理论研究10-11
• 1.2.2 数值模拟11-12
• 1.2.3 模型实验12-13
• 1.3 弹性液舱液体晃荡的研究13-15
• 1.3.1 理论研究13-14
• 1.3.2 数值模拟14
• 1.3.3 模型实验14-15
• 1.4 本文主要的研究思路和内容15-16
• 2 实验设计16-28
• 2.1 实验设备16-17
• 2.2 液舱模型17-19
• 2.3 浪高采集系统19-22
• 2.3.1 测点布置19-20
• 2.3.2 浪高水位传感器20-21
• 2.3.3 数据采集系统21-22
• 2.4 实验组次22-27
• 2.4.1 实验液深22
• 2.4.2 液舱固有频率22-25
• 2.4.3 实验组次25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 浅液深情况下液舱内晃动液面变化特征28-49
• 3.1 非共振状态下液舱内的晃动液面高度28-35
• 3.1.1 二维状态28-31
• 3.1.2 过渡状态31-35
• 3.2 共振状态下液舱内的晃动液面高度35-44
• 3.2.1 次共振状态35-39
• 3.2.2 一阶共振状态39-44
• 3.3 晃动波高频率响应曲线44-46
• 3.4 晃荡波面波谱分析46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 4 一般液深情况下液舱内晃动液面变化特征49-80
• 4.1 非共振状态下液舱内的晃动液面高度49-55
• 4.1.1 二维状态49-52
• 4.1.2 过渡状态52-55
• 4.2 共振状态下液舱内的晃动液面高度55-69
• 4.2.1 次共振状态55-60
• 4.2.2 一阶共振状态60-65
• 4.2.3 旋转状态下刚性、弹性侧壁液舱液体晃荡对比65-69
• 4.3 晃动波高频率响应曲线69-71
• 4.4 晃荡波面波谱分析71-74
• 4.5 浅液深和一般液深情况晃动液面比较74-78
• 4.5.1 二维状态75
• 4.5.2 过渡状态75-76
• 4.5.3 次共振状态76-77
• 4.5.4 共振状态77-78
• 4.6 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况86-87
• 致谢87-88

【共引文献】

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本文编号：1064999