航空弹性薄壁油箱的流固耦合分析与疲劳寿命预测
发布时间：2021-07-19 21:34
飞机在航行过程中,飞行姿态的改变、飞行途中遇到不稳定气流、发动机转动不平衡等原因会引起油箱内油液的晃动,使得油液对油箱壁面产生冲击进而使得油箱发生变形。另一方面,油箱的变形又将加剧燃油的晃动,这种油液与壁面的相互作用就是液体晃动的流固耦合作用。飞机油箱晃动会改变飞机的重心,影响飞行的稳定性,同时液体的冲击会使结构的应力集中,对结构产生疲劳破坏,大大降低油箱的使用寿命。目前,国内外对液体晃动问题的研究主要依赖成本较高的试验法。数值法主要基于刚体结构,很少考虑流固耦合的影响。因此开展飞机弹性薄壁油箱油液晃动流固耦合研究具有重要的科研价值和工程指导意义。本文运用ALE（Arbitrary Lagrange-Euler）有限元法来计算分析飞机弹性薄壁油箱的流固耦合问题。ALE有限元法运用ALE描述方法建立液体晃动控制方程,同时完成对流体域和固体域的离散。本文首先运用ALE有限元法研究了水箱中液体的晃动,并将ALE有限元法的计算结果与参考文献中的试验法的试验结果进行对比,证明了 ALE有限元法应用于液体晃动问题时具有很好的准确性。在此基础上,本文以立方体容器、圆柱体容器和飞机的弹性薄壁油箱为研究...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１拉格朗日、欧拉、ＡＬＥ描述法??
２．４流固耦合罚函费膜触算法??接触算法可以用来处理界面处两个不同网格主表面和从节点的相互接触问??题。罚函数法的基本原理是（见图２．１）：检查从节点是否穿透主表面，若没有??关系则不做任何处理。而在发生穿透的情形下，则在两者间引入一个大小、接??触刚度、穿透深度等因素都成正比的附加界面力，我们称这个界面力为罚函数??值。这就相当于用一个法向弹簧将从节点和主表面联系起来，用以阻碍主表面??被穿透。罚函数同时再对主表面处的节点处理一遍，算法也跟从节点穿透主表??面的情况一样，首先要通过检测接触条件是否通过，明确通过后才能进行运算，??假若接触条件都能得到满足，就可通过拉格朗日子乘法或罚函方法计算出界面??力，但是对于二维网格接触问题只能通过罚函法来计算。在由主表面的法线方??＇?向和切线方向来定义的局部坐标系中
２．６本章小结??本章首先研究了液体晃动流固耦合的基本理论，并得出了液体晃动的控制??方程。然后基于液体的控制方程，归纳总结了自由液面液体晃动的流固耦合作??用的边界条件。之后综合ＡＬＥ法中的基本公式得到了基于ＡＬＥ法的液体晃动??控制方程。最后，通过罚函数算法与罚函数接触算法实现流体域与固体域的信??息交换，从而实现流固耦合作用。．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于任意欧拉-拉格朗日有限元法的波浪和结构物相互作用数值模拟[J]. 刘源,李进,王赤忠. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]不同曲率情况下的液压管道流固耦合特性仿真研究[J]. 周知进,何星,戴哲冰. 振动与冲击. 2017(05)
[3]基于流固耦合的风机叶轮疲劳特性研究[J]. 陈海霞,祁文军,王良英,芦丽丽. 机械设计与制造. 2015(12)
[4]基于SPH方法的弹性体贮箱内液体晃动特性分析[J]. 黄愉太,杜发喜,刘海,王玖,欧智成,姚小虎. 计算机辅助工程. 2015(02)
[5]波浪冲击下钢丝绳索具应力场与疲劳寿命研究[J]. 马平,鲁信辉,王志勇,李巍. 机械设计与制造. 2015(04)
[6]气液固三相管流耦合水击振动特性的参数影响分析[J]. 陈明,伍建林,王建华. 工程力学. 2015(02)
[7]基于流固耦合的冷却风扇叶片模态及疲劳分析[J]. 刘雪莱. 重庆理工大学学报(自然科学). 2014(09)
[8]储液油箱晃振响应分析[J]. 吴早凤,黄晓霞,秦利军,熊盼,江鹏. 教练机. 2014(03)
[9]船舶液货舱晃荡模拟系统研制[J]. 王剑楠,卢金树,朱哲野,朱发新. 浙江海洋学院学报(自然科学版). 2014(03)
[10]流固耦合作用下高压输气管道疲劳寿命分析[J]. 李星,曾祥国,张雯,张毅,陈华燕. 石油机械. 2014(05)
博士论文
[1]VLCC液舱晃荡仿真及结构强度评估方法研究[D]. 娜日萨.哈尔滨工程大学 2006
硕士论文
[1]水电站压力管道流固耦合水击计算的研究[D]. 谢毅晖.昆明理工大学 2017
[2]基于SPH方法的液舱内液体晃动分析及防晃研究[D]. 张凯凯.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于多场耦合分析的柴油机气缸盖结构仿真研究及疲劳寿命预测[D]. 胡祝昌.中北大学 2012
[4]应用ALE有限元法对飞机水上迫降过程的流固耦合仿真[D]. 方超.复旦大学 2011
本文编号：3291471
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１拉格朗日、欧拉、ＡＬＥ描述法??
２．４流固耦合罚函费膜触算法??接触算法可以用来处理界面处两个不同网格主表面和从节点的相互接触问??题。罚函数法的基本原理是（见图２．１）：检查从节点是否穿透主表面，若没有??关系则不做任何处理。而在发生穿透的情形下，则在两者间引入一个大小、接??触刚度、穿透深度等因素都成正比的附加界面力，我们称这个界面力为罚函数??值。这就相当于用一个法向弹簧将从节点和主表面联系起来，用以阻碍主表面??被穿透。罚函数同时再对主表面处的节点处理一遍，算法也跟从节点穿透主表??面的情况一样，首先要通过检测接触条件是否通过，明确通过后才能进行运算，??假若接触条件都能得到满足，就可通过拉格朗日子乘法或罚函方法计算出界面??力，但是对于二维网格接触问题只能通过罚函法来计算。在由主表面的法线方??＇?向和切线方向来定义的局部坐标系中
２．６本章小结??本章首先研究了液体晃动流固耦合的基本理论，并得出了液体晃动的控制??方程。然后基于液体的控制方程，归纳总结了自由液面液体晃动的流固耦合作??用的边界条件。之后综合ＡＬＥ法中的基本公式得到了基于ＡＬＥ法的液体晃动??控制方程。最后，通过罚函数算法与罚函数接触算法实现流体域与固体域的信??息交换，从而实现流固耦合作用。．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于任意欧拉-拉格朗日有限元法的波浪和结构物相互作用数值模拟[J]. 刘源,李进,王赤忠. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]不同曲率情况下的液压管道流固耦合特性仿真研究[J]. 周知进,何星,戴哲冰. 振动与冲击. 2017(05)
[3]基于流固耦合的风机叶轮疲劳特性研究[J]. 陈海霞,祁文军,王良英,芦丽丽. 机械设计与制造. 2015(12)
[4]基于SPH方法的弹性体贮箱内液体晃动特性分析[J]. 黄愉太,杜发喜,刘海,王玖,欧智成,姚小虎. 计算机辅助工程. 2015(02)
[5]波浪冲击下钢丝绳索具应力场与疲劳寿命研究[J]. 马平,鲁信辉,王志勇,李巍. 机械设计与制造. 2015(04)
[6]气液固三相管流耦合水击振动特性的参数影响分析[J]. 陈明,伍建林,王建华. 工程力学. 2015(02)
[7]基于流固耦合的冷却风扇叶片模态及疲劳分析[J]. 刘雪莱. 重庆理工大学学报(自然科学). 2014(09)
[8]储液油箱晃振响应分析[J]. 吴早凤,黄晓霞,秦利军,熊盼,江鹏. 教练机. 2014(03)
[9]船舶液货舱晃荡模拟系统研制[J]. 王剑楠,卢金树,朱哲野,朱发新. 浙江海洋学院学报(自然科学版). 2014(03)
[10]流固耦合作用下高压输气管道疲劳寿命分析[J]. 李星,曾祥国,张雯,张毅,陈华燕. 石油机械. 2014(05)
博士论文
[1]VLCC液舱晃荡仿真及结构强度评估方法研究[D]. 娜日萨.哈尔滨工程大学 2006
硕士论文
[1]水电站压力管道流固耦合水击计算的研究[D]. 谢毅晖.昆明理工大学 2017
[2]基于SPH方法的液舱内液体晃动分析及防晃研究[D]. 张凯凯.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于多场耦合分析的柴油机气缸盖结构仿真研究及疲劳寿命预测[D]. 胡祝昌.中北大学 2012
[4]应用ALE有限元法对飞机水上迫降过程的流固耦合仿真[D]. 方超.复旦大学 2011
本文编号：3291471
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