弹性侧壁液舱内液体晃荡问题研究

发布时间：2017-11-01 12:10

  本文关键词：弹性侧壁液舱内液体晃荡问题研究

  更多相关文章： 液体晃荡 弹性液舱 自由液面高度 晃荡压力 结构应变

【摘要】：液体晃荡问题在运输系统的安全方面具有极大的工程意义。任何部分载液的运输工具,运动时都存在晃荡问题。当外界激励频率接近液舱内流体的固有频率时,很容易产生剧烈的晃荡,产生极大的冲击压力,引起结构损坏,甚至产生足够大的弯矩使其失稳。液体晃荡是一种非常复杂的流体运动现象,具有高度的非线性。由于其复杂性,至今其理论分析仍很不完善,一直是航天、船舶等领域的热门研究课题。 本文在液体晃荡实验中进一步发展了影像采集和分析技术,获得了液舱内晃荡液体自由表面变化的实时数据,实现了对强非线性自由表面流的无接触测量；通过压力采集系统,得到了作用在弹性侧壁液舱舱壁上的晃荡压力；采用光纤光栅传感解调仪,获得了弹性侧壁结构在晃荡荷载作用下的高精度和稳定的应变数据。通过扫频实验得到了液舱内液体的最低阶固有频率。 对水平简谐激励下、弹性侧壁液舱内液体晃荡问题进行了模型实验研究,考虑不同液深、不同激励振幅和频率,对液舱内不同位置处的自由液面高度和晃荡压力等水动力特性进行了研究,并与刚性实验结果及理论值进行了对比。分析发现,弹性侧壁液舱和刚性液舱内各测点自由液面高度接近,而作用于弹性侧壁静水面位置以下测点上的晃荡压力峰值较刚性舱壁上偏小8～16%。 分析了弹性侧壁液舱结构的动力响应,考虑不同激励频率与振幅,从时域和频域两个不同角度,对弹性侧壁液舱不同位置处的结构应变进行了分析。研究表明,在应变历时曲线中呈现出很明显的双峰特征；共振时,在液舱顶盖上,顶角位置处更容易出现较大的应变,在液舱侧壁上,拉、压应变的最大值分别出现在静水面以下和静止液面位置。 基于Morlet连续小波变换对弹性侧壁液舱内自由液面高度和晃荡压力进行了非线性分析。得到了弹性侧壁液舱内不同位置处自由液面高度和晃荡压力的小波能谱的时频变化规律。结果表明：晃荡压力的主要能量分布在激励频率或二倍频处,在大于三倍频或四倍频以上的频率段,小波能谱的能量分布呈现出明显的脉冲特性。
【关键词】：液体晃荡 弹性液舱 自由液面高度 晃荡压力 结构应变
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U663.85;U661
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• TABLE OF CONTENTS10-13
• 图目录13-20
• 表目录20-22
• 主要符号表122-23
• 主要符号表223-24
• 1 绪论24-41
• 1.1 研究背景与意义24-25
• 1.2 刚性液舱内液体晃荡研究25-36
• 1.2.1 理论分析研究27-28
• 1.2.2 数值模拟研究28-30
• 1.2.3 物理模型试验30-36
• 1.3 弹性液舱内液体晃荡研究36-39
• 1.3.1 理论分析研究36-38
• 1.3.2 数值模拟研究38-39
• 1.3.3 物理模型试验39
• 1.4 本文主要研究思路与内容39-41
• 2 液体晃荡试验设计41-60
• 2.1 晃荡实验设备41-43
• 2.2 实验液舱模型43-45
• 2.3 数据采集系统45-53
• 2.3.1 影像采集与分析系统45-48
• 2.3.2 压力采集系统48-49
• 2.3.3 应变采集系统49-53
• 2.4 试验组次53-59
• 2.4.1 舱内液体固有频率54-57
• 2.4.2 晃荡实验组次57-59
• 2.5 本章小结59-60
• 3 弹性液舱内液体晃荡水动力特性60-103
• 3.1 晃荡波形演变过程60-69
• 3.2 自由液面高度69-82
• 3.2.1 历时曲线变化69-76
• 3.2.2 统计分析结果76-80
• 3.2.3 谱分析结果80-82
• 3.3 液体晃荡压力82-101
• 3.3.1 历时曲线变化82-93
• 3.3.2 统计分析结果93-97
• 3.3.3 谱分析结果97-101
• 3.4 本章小结101-103
• 4 弹性液舱结构的动力响应特性103-124
• 4.1 液舱应变历时曲线变化特性103-114
• 4.1.1 共振情况103-108
• 4.1.2 非共振情况108-114
• 4.2 液舱应变统计分析结果114-120
• 4.2.1 压力和应变空间分布114-117
• 4.2.2 激励振幅的影响117-118
• 4.2.3 激励频率的影响118-120
• 4.3 液舱应变谱分析结果120-123
• 4.4 本章小结123-124
• 5 基于连续小波变换的晃荡特性研究124-162
• 5.1 小波变换和小波能量谱124-129
• 5.1.1 连续小波变换124-126
• 5.1.2 小波能量谱126-127
• 5.1.3 小波函数的选取127-129
• 5.2 自由液面高度的小波分析129-143
• 5.2.1 浅液深情况下小波分析129-136
• 5.2.2 一般液深情况下小波分析136-143
• 5.3 晃荡压力的小波分析143-161
• 5.3.1 浅液深情况下小波分析143-149
• 5.3.2 一般液深情况下小波分析149-161
• 5.4 本章小结161-162
• 6 结论与展望162-167
• 6.1 结论162-165
• 6.2 创新点165-166
• 6.3 展望166-167
• 参考文献167-175
• 附录A 线性解析解175-180
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果180-182
• 致谢182-183
• 作者简介183

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本文编号：1126749