部分充液罐车内液体晃动的瞬态响应分析

针对部分充液罐车转向或制动过程中罐体内液体的晃动问题,建立了液罐车内液体晃动的三维力学模型,通过与准静态模型以及罐体内液体晃动的试验结果进行对比,验证了模型的有效性。研究了防波板的几何参数(开孔的大小、形状及位置等)对液体瞬态晃动时的载荷转移及晃动力的影响。评估了防波板不同的几何参数下,作用在罐体端面以及单个防波板上的力。发现了在中等或高充液比的情况下,在防波板和罐体端面或者相邻防波板之间的密闭空间将产生很大的空气压力。研究结果表明,防波板的几何参数对液体载荷的载荷转移量、晃动产生的作用力以及俯仰力矩均有很大的影响。空气压力可以减小液体的载荷的纵向转移量,从而抑制液体的晃动,提高车辆的制动性能。     

带弹性膜的部分充液罐车罐体内液体横向晃动的瞬态响应分析

针对部分充液罐车转向过程中罐体内液体的晃动问题,提出了一种新型抑制液体晃动的阻尼装置:弹性膜。建立了相应的罐体内带弹性膜的流体-弹性膜耦合动力学模型,并通过实验验证了模型的有效性。通过计算仿真方法研究了弹性膜及其预应力的大小对液体瞬态时的晃动力和载荷转移量的影响。研究结果表明:弹性膜能限制液体的晃动幅值,从而减小液体晃动时对罐体壁面产生的侧倾力矩;弹性膜增大了液体横向晃动的固有频率,使液体横向晃动的固有频率远离了液罐车的紧急转向频率,从而避免了液罐车紧急转向时共振现象的发生。     

液体箱的流固耦合及结构优化分析

该文以液体箱的流固耦合及其结构优化分析为主要研究对象,在探讨液体箱液体晃动水击过程模拟状态及结果计算的基础上,深入梳理液体晃动冲击对液体箱罐体力学响应的重要影响,在此基础上优化改良液体箱的结构设计。     

基于压裂砂堵的水击特性研究及预测应用

针对超深井水力压裂发生砂堵时水击效应导致压力大幅振荡升高的问题。综合考虑多相流、支撑剂属性、井筒摩阻、施工压力大以及砂堵形成机理的特点,建立压裂砂堵水击效应预测模型,并采用有限差分法进行数值求解。将某高压深井压裂施工时砂堵的现场数据与预测模型计算结果进行对比分析,结果表明最大误差不大于2.92%,验证了模型的可靠性。针对压裂施工参数的影响开展了对比分析,结果表明：随着排量增大,水击压力波动随之增大,但排量对波速影响小;随着砂比提高,两相流密度增加,动能增大,压力波动小幅度增加,但波速随着砂比增高的规律为先降低再增加;随着支撑剂密度提高,水击压力波动增大而水击波速变化则由支撑剂密度和弹性模量共同决定。     

航天器弹性充液贮箱双向流固耦合响应特性数值分析

贮箱是航天器的重要组成部分,就其结构方面来讲,基本特点是结构重量轻、刚度和强度要求高。贮箱本身填充大量液体,同时还需要经历较复杂的力学环境。因此薄壁贮箱的流固耦合问题,特别是动力学问题,一直是航天器的关键问题之一。针对薄壁贮箱的流固耦合问题,建立了弹性充液贮箱模型,采用双向流固耦合方法对考虑流固耦合效应的充液贮箱进行了瞬态响应分析,得到了充液贮箱液体晃动波高以及贮箱结构应力随时间的变化历程。通过改变贮箱的材料、厚度以及箱内液体的充液比,研究了箱体柔性对液体晃动及结构受力特性的影响。结果表明:适当增加箱体材料的柔性,即通过减小材料的杨氏模量、密度和厚度,可以有效抑制贮箱内液体晃动;增大箱体的厚度或者减小材料的杨氏模量和密度,箱体受到的应力均减小;改变箱内液体的充液比,可以发现,随着箱内液体充液比的增加,液体晃动幅度减小,箱体受到的应力增大。     

含隔板球形贮箱液体晃动激励频率影响分析

针对航天器球形贮箱液体大幅晃动问题,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对液体进行建模:基于SPH方法基本方程推导出N-S方程的数值解,并给出人工黏度项、压力项表达式,选择动态边界法处理边界计算问题。建立光滑内壁球形贮箱及带防晃隔板球形贮箱两种模型,设计力模式、运动模式两种激励形式并选择三种激励频率进行仿真分析,分别记录舱壁受力及测点压强。仿真结果表明:激励频率取为1.5 Hz时,舱壁受力最大;隔板能够减弱液体晃动对舱壁产生的作用;液体晃动现象的产生使得舱壁在y,z两方向的受力均增大;位于液面以下的舱壁所受压力具有"双波峰"特性,而隔板的存在对压力峰值具有"平均化"效果,避免局部压力过大;位于液面以上的舱壁所受压力表现为"脉冲波"形式,随激励频率的增加隔板对舱壁压力的削弱效果越明显。     

低温LNG运输车罐体结构强度的有限元分析

以低温LNG运输车罐体为研究对象,借助ANSYS为平台,采用有限元的计算方法计算罐体的应力分布特征与结构强度.在分析罐体静态结构应力的基础上考虑运输过程中的一些动态因素.实践表明支承件处是整个罐体散热的集中区域,计算结果表明:考虑动态冲击时峰值应力比不考虑时高了30 MPa-50 MPa;车体突然下降给罐体的冲击要大于突然刹车给罐体的冲击;动态条件下,当LNG压力为0.5 MPa时,4个支承件完全符合罐体的强度要求.     

气液固三相管流耦合水击振动特性的参数影响分析

以气液固三相管流为研究对象,采用矢通量分裂法并结合Lax-Wendroff格式和迎风Warming-Beam格式,对浆液池-管道-阀门系统的耦合水击振动响应进行了数值计算,分析了含气率、固液密度比以及固液弹模比等参数对系统振动特性的影响。结果表明:增加含气率可有效地降低压力和应力波速,同时削弱流体压力波动和管道振动强度;当固液密度比增大时,管系振动强度随之增大,系统振动能量的增量主要集中在流体里,造成流体压能升高较快;随着固液弹模比的增加,管系压能和振动强度均增加,但增幅很小;当固液弹模比增加到某种程度后,其对系统压能和振动强度的影响可忽略。     

一类非均布荷载作用下双层厚壁圆筒光滑接触时的应力解析解

采用复变函数方法,给出了双层厚壁圆筒外壁受有一类两向不等压非均布径向压力,内壁受有均布压力作用时平面问题的应力求解方法。在两层圆筒光滑接触的假定下,获得双层厚壁圆筒的应力解析解。通过算例分析了不同弹性模量组合时圆筒内不同截面的切向应力与径向应力分布规律,研究结果表明:当内壁均布压力较小时,两层圆筒的内壁处切向应力沿环向均呈余弦分布,且都在内壁的最小地应力方向承受最大压应力,在最大地应力方向承受最大拉应力;径向应力沿径向在圆筒0#x000b0;、45#x000b0;、90#x000b0;截面处分别呈近似#x0201c;M#x0201d;状、#x0201c;菱形#x0201d;、#x0201c;W#x0201d;状分布;随着内外层弹性模量比值的增大,内层圆筒内壁附近切向应力增大,径向应力在最小地应力方向增大,在最大地应力方向减小,而在外层筒分布规律相反。采用内软外硬的弹性模量组合,能有效的减小圆筒内层内壁处的应力集中程度。     

微幅晃动下考虑地基效应的矩形贮液结构动力响应研究

一般情况下矩形贮液结构通过底板直接坐落在地基上,有必要在考虑地基效应的基础上研究其动力特;定义微幅晃动波高限值,并建立矩形贮液结构的简化模型。采用人工边界模拟地基效应,建立了有限元计算模型,对比两类模型对应的晃动波高以验证简化模型的合理性,基于势流理论在微幅晃动范围内研究在不同边界条件、不同地震波和不同地震加速度幅值下矩形贮液结构的动力响应。结果表明,两类模型得到的晃动波高趋势一致,且最大晃动波高相差较小。在微幅晃动范围,液体最大晃动波高和地震加速度幅值成线性关系,考虑土-结构相互作用后,壁板水平位移、壁板有效应力和液体晃动压力有较大程度的的减小,而地基效应对液体晃动波高影响很小。