液舱内部结构对液体晃荡的影响

发布时间：2020-03-29 10:11

【摘要】：液体晃荡现象广泛存在于海洋环境、航空航天等自然环境与科学工程中。液体晃荡的过程中会对液舱壁面产生冲击荷载,引起结构失稳,严重的情况下甚至会导致结构发生破坏。因此,如何有效的抑制体液晃荡、减少晃荡过程中液体对液舱造成的冲击荷载,是当前工程设计以及许多科研领域重点研究的方向。本文基于有限差分法求解不可压缩纳维-斯托克斯方程,利用VOF方法对自由液面进行捕捉,采用自主研制的数值程序对三维矩形液舱等距增设两个隔板时液舱的晃荡开展研究,分析隔板对液体晃荡的抑制效果。基于上述研究工作,将拓扑技术拓展到流体晃荡中,对两个隔板进行拓扑优化,分析拓扑优化后的隔板形态对液体晃荡的抑制。由于晃荡的发生通常具有很强的随机性,因此本文还探究了在不同频率、不同振幅的外界激励作用下,拓扑优化后的隔板形态变化。结果表明:1.液舱内设置两个隔板的情况下液体的晃荡时液体表面的波动以及隔板两侧冲击压力均产生规律性的变化,当晃荡发生一段时间之后,由于速度的叠加等因素,晃荡会变得复杂,隔板两侧的压力以及液体表面的波动会变得杂乱无章。2.将拓扑优化应用到了液体晃荡的过程中可以发现,晃荡开始时透水率参数变化范围较大,隔板形态变化无规律;晃荡趋于稳定之后,透水率也开始进行规律性变化。最终经过平均化的处理,得到优化后的隔板形态,经验证得出优化后的双隔板能够有效的降低壁面所受的液体冲击合力。3.在不同振幅、不同频率的外界激励作用下,经过拓扑优化后得到的第一块隔板形态相似,均为条状结构。液面处、液面以下约三分之一处以及液舱底部处分布着三条不透水带;经拓扑优化后得到的第二块隔板形态有所差异。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O35

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本文编号：2605826