液罐车储罐内液体在运行中受到车辆制动或转向等外部激励时,车体将获得一个巨大初始冲量使得液体的动量和动量矩发生剧烈的变化。当罐内液体大幅晃动时将会出现碎波等非线性晃动,罐车的惯性力和质心位置都会产生剧烈变化。虽然液体大幅晃动时间较短,但危害性却远超微幅晃动。罐内液体在液罐车将要失稳时的晃动是剧烈的,晃动的非线性特性对液罐车失稳所起的作用不可忽略,对车辆行驶稳定性和安全性有着极为重要的影响。因此,为保证罐车运输安全,需要深入研究液罐车罐体内液体介质大幅非线性晃动问题。目前常用的研究方法是把液体晃动过程对车体的作用等价简化为线性系统的振动问题,仅有很少一部分考虑了液体非线性的振动问题。研究发现当晃动幅度较小时,系统可作线性化处理,但当晃动幅度超过一个临界点,非线性特性比较明显。然而罐体中液体晃动的非线性问题至今仍未得到很好的解决。84948
流固耦合的研究在许多地方的应用都是十分关键的,但是却是一个难点,国内和国际上有很多研究方法。液体在容器里的晃动大多使用数值计算的方法求解,研究容器里液体的非稳态变化过程[2]。对于此类问题,可进行的实验方法比较少,相比较国外的研究,国内的方法相对落后和不全面。论文网
流固耦合方法是流体分析和固体分析发展结合产生的新的研究方法,一方面容器在液体的作用下产生形变,另一方面容器的变形又对液体产生影响,在很多固体和液体都存在的结构中,流固耦合的分析是很关键且不可缺少的。流固耦合能够表示为既需要对固态求解,又要对流体求解,而且这两者的作用不可以忽视。流固耦合问题的研究包括流体力学理论基础、计算流体动力学、流固耦合理论、数值方法和风工程及其它。流固耦合问题涉及到流体和固体的分析计算理论以及流体和固体的耦合关系,因此流体力学和固体力学构成了流固耦合问题的基础理论。而计算流体动力学则是关于流体的数值计算,由于流体不能像固体那些从能量原理出发建立有限元方程,而流体力学的连续化方程求解又极其困难,因此最近二三十年来人们一直在研究流体的数值分析方法,但是在流固耦合问题中不仅要考虑流体和固体的数值分析方法,而且要考虑方法之间的耦合。而流固耦合理论则是要解决耦合的理论基础及其耦合问题的求解方法。
液体晃动问题[3]广泛存在于航空航天、船舶及路面交通运输等领域。目前国内外关于储液箱的晃动问题研究主要集中在液体晃动对结构的破坏,并且主要依赖于成本很高的试验。因此开展储液容器液体晃动的数值方法研究及油箱结构的防晃设计,具有重要的学术价值和工程指导意义。首先,对带自由液面的贮箱内连续、不可压缩液体的晃动进行了数学描述,建立了拉格朗日描述下的流体动力学N-S方程,阐述了结构边界和自由液面处的流体运动学边界条件及动力学边界条件,给出了贮箱壁动水压力的计算表达式。推导了N-S方程的光滑粒子动力学(SPH)形式,给出了使用SPH方法进行水动力学模拟所需的基本条件以及相关的处理方法,对人工粘性、固壁边界处理及不可压缩流的求解问题等方面进行了探讨。