基于SPH方法的液舱内液体晃动分析及防晃研究

发布时间：2017-05-09 06:09

  本文关键词：基于SPH方法的液舱内液体晃动分析及防晃研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着对载液系统性能要求不断提高,液舱的载液能力不断增大,如飞机、液货船的运输能力不断提高,这就要求设计容积大的液舱。在这种高载液工况下,液舱受到外界激励后其内液体会发生剧烈晃动,因此液舱受到强烈的冲击载荷进而对液舱和整个系统造成影响。同时晃动液体的重心发生变化会改变整个系统的重心位置,影响整个系统的稳定性。因此研究液体在外界激励下的晃动规律,预测晃动液体对液舱与系统的影响以及设计防晃结构是十分必要的。SPH(光滑粒子流体动力学)方法是广泛应用在解决流体动力学问题的数值方法。本文在分析SPH方法的基础上,将其应用在解决液体晃动时出现的线性-非线性现象、液舱受到的冲击载荷、液体重心和液面变化问题中。根据影响液体晃动参数,设计单自由度矩形液舱晃动试验平台,分析各参数对液体晃动影响。探究晃动最剧烈工况以及该工况下出现的翻卷破碎等非线性规律,液舱受到的冲击压强以及自由液面变化规律。同时本文采用数值方法分析各参数对液体晃动的影响,得出与试验方法一致的结论。数值方法模拟出的液体晃动时出现的翻卷、破碎等非线性现象,液舱受到的冲击压强以及液面变化规律与试验结果接近。数值方法还得到试验方法无法获得的结果如晃动液体重心变化,整个液舱与液舱壁受到的冲击载荷与激励的关系。综合两种方法可以发现低充液深度下液体重心变化对系统的重心影响严重,高充液深度下液舱受到的冲击载荷对系统结构影响严重。针对机翼油箱内燃油晃动对油箱结构和飞行稳定性的影响,本文采用SPH方法分析弹性机翼油箱内燃油在两种实际工况下的晃动,得出燃油的重心变化以及自由液面变化与外部激励的关系。机翼油箱受到的最大载荷以及结构应力最大发生在载荷变化最剧烈时间段内,应力集中位于蒙皮与前后梁连接处。根据防晃机理以及晃动液体对液舱的影响,本文以矩形液舱为例设计了横向和纵向两种阻尼结构,并对其优化。发现增加阻尼结构后晃动液体的重心变化降低,液舱受到的冲击载荷改变。优化阻尼结构后液体重心变化和液舱受到的冲击载荷继续降低并趋于稳定,因此该防晃结构提高整个系统结构安全性和系统同稳定性。
【关键词】：液体晃动 阻尼挡板 SPH方法 晃动试验 飞机机翼油箱
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V228.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 液体晃动研究进展10-14
• 1.2.1 理论研究方法10-11
• 1.2.2 数值研究方法11-14
• 1.2.3 试验研究方法14
• 1.3 光滑粒子流体动力学（SPH）方法14-15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 第2章 SPH方法及其在流体动力学中的应用16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 SPH的概念和基本方程16-20
• 2.2.1 SPH方法核心思想16-17
• 2.2.2 函数的积分表示法17
• 2.2.3 函数的导数积分表示方法17-19
• 2.2.4 粒子近似法19-20
• 2.3 SPH在流体动力学中的应用20-22
• 2.3.1 拉格朗日型的Navier-Stokes方程20
• 2.3.2 密度的粒子近似法20-21
• 2.3.3 动量方程的SPH粒子近似法21-22
• 2.3.4 能量方程的SPH粒子近似法22
• 2.4 SPH方法在流体力学应用关键问题22-25
• 2.4.1 边界处理22-23
• 2.4.2 人工粘度23-24
• 2.4.3 光滑长度24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 液体晃动试验分析及数值模拟26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 试验方案设计26-29
• 3.2.1 机械运动系统设计27-28
• 3.2.2 压力传感器及变送器模块28
• 3.2.3 信号处理模块28-29
• 3.3 矩形液舱内液体晃动分析29-41
• 3.3.1 充液深度为 0.05 m时的晃动分析31-34
• 3.3.2 充液深度为 0.10 m时的晃动分析34-37
• 3.3.3 充液深度为 0.15 m时的晃动分析37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 机翼油箱燃油晃动分析42-57
• 4.1 引言42
• 4.2 机翼油箱模型及工作激励42-46
• 4.2.1 机翼油箱网格划分及燃油离散化42-44
• 4.2.2 机翼油箱的工作激励44-46
• 4.3 滚转改出激励下的燃油晃动分析46-51
• 4.3.1 重心变化46-48
• 4.3.2 结构应力变化48-51
• 4.4 突风激励下的燃油晃动分析51-56
• 4.4.1 重心变化51-53
• 4.4.2 结构应力变化53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 防晃结构设计及优化57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 液体晃动抑制机理及结构设计57-60
• 5.2.1 防晃结构工作机理57-58
• 5.2.2 液舱内防晃结构设计58-60
• 5.3 阻尼结构防晃效果分析与优化60-68
• 5.3.1 横向阻尼结构60-63
• 5.3.2 纵向阻尼结构63-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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