车载储液容器的轻量化设计及力学分析(3)
并不十分理想。
储油罐的运输和抗震问题是现代工业中遇到的新问题。储油罐在商业、军用、民
用、核电站，特别是石油化工工业中都有着广泛的应用，他常常用来储存易燃、易爆
的液态介质。一旦遭受破坏，大量可燃液体外泄和燃烧，可能导致毁灭性的次生灾害
[4]
。多年来世界上许多国家对它开展了大量的研究，取得了历史性的进展，但现有的
研究成果中仍然有许多不成熟，还处于研究或刚刚开始研究之中。随着现代工业的发
展，人们对石油、天然气等能源的需求也越来越多，因而其流固耦合力学问题变的也
越来越重要。
在 20世纪三、四十年代， Huoskin[5]
等完成了刚性储液罐研究的开创性工作。 1957
年Housner
[6]
提出了将刚性储液罐化为简单而实用的质量弹簧系统的简化模型，为优尔、
七十年代储液罐的抗震计算所广泛采用。然而罐壁的刚性假定导致求得的脉动压力过
小，致使按 Housner 理论设计的储液罐在 1964 年阿拉斯加地震中遭到大量的破坏，
从而促使人们应用有限元方法、假定模态法和 Haroun-Housner方法对柔性壁储液罐进
行研究。第一位采用有限元法在计算机上对罐-液耦合结构的地震响应进行数值模拟
的是Edwards
[7]
，他在 1969 年完成了这项工作。然而用有限元法研究储液罐问题的大
部分工作是由 Nash 指导在美国麻省大学完成的。
在我国从 70 年代开始也做了不少这方面的研究工作，其中最富有成果的是项忠
权[8]
领导的研究工作和中国石化北京设计院[9]
及大连理工大学[10]
的研究工作。周敏[11]
在 1989 年成功的用数值方法模拟了柔壁锚固于刚性基础之上的储液罐的几何非线性
地震响应。王永学[12]
采用差分法和流体体积函数(VOF)法，追踪了刚壁罐内粘性流体
自由液面大幅晃动的空间运动状态。何福保[8]
等对储液罐与基础土壤的相互作用问题
做了数值模拟。
显而易见，上述研究大多集中于立式储液罐的抗震研究，对于储液罐的运输中的
动特性却很少涉及。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对汽油、天然气等
能源产品需求量不断增加，油品的调运也越来越普遍越来越频繁。液体的晃动对运油车油罐的强度与刚度乃至对车辆的设计都有很大的影响，以往车载储油罐的计算仅仅
局限于结构静力学的研究和分析己经不能满足安全性、经济性、实用性的要求，对其
必须进行流固耦合动力学分析。
1.2.2 罐车动力学研究
近年来,国内外学者对罐车罐体内液体晃动问题进行了大量的研究.Kang 等人[13]
采用VOF(volume of fluid)模型研究了制动过程中罐车罐体内液体晃动问题,对比分析
了不同充液比 K、不同防波板面积下的罐体受力情况，通过实验与理论计算两种途径
得到 7 种不同充液比下的液体横向晃动频率。该研究是将罐车简化为单室模型,却忽
略了由防波板隔开的各腔室之间的相互作用。卢军等人[14]
基于势流理论研究了平放圆
柱形储箱内任意 K 下的液体晃动问题,并采用 Galekin 方法对该类型边值问题进行了
求解,推导出液体作用在储液箱体上的横向作用力,计算分析了不同的 K 在地震加速
度激励条件下的储液箱体的受力情况。Djavareshkian 等人[15]
同样采用了 VOF 方法对
不同的充液高度、旋转半径和流体密度下的圆柱形容器内液体晃动进行了计算。陈志
伟[16]
是针对具体的移动压力罐体内液体晃动展开了研究,同时还考虑了防波板装置的
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