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原文传递跌落冲击作用下储液容器动态响应及液体晃荡研究

论文题名：	跌落冲击作用下储液容器动态响应及液体晃荡研究
关键词：	储液容器;跌落冲击;液体晃荡;动态响应;舱壁结构
摘要：	储液容器在国防、航空航天等领域应用广泛，其跌落冲击过程中的安全问题受到越来越多的关注。储液容器与地面撞击瞬间，其结构动力学响应具有大变形、非线性等特点。与此同时，容器内部液体发生强烈的非线性晃荡，产生的无周期性抨击压力，可能对容器结构造成破坏。准确计算容器结构动态响应与液体晃荡载荷是储液容器安全使用的条件。由于储液容器跌落冲击和流固耦合的高度非线性与复杂性。目前，对于此类问题主要集中在容器结构的动力学响应的研究，对其内部液体晃荡特性的分析还很少见诸于报道。　　本文采用商业有限元分析软件 MSC.Patran中的任意拉格朗日-欧拉（ALE）算法，对储液容器的跌落工况进行分析，研究流体在跌落过程中对容器的液动压力，以及液体在跌落过程中的惯性效应，综合考虑流固耦合效应对容器本身的变形和动态响应的影响，可以较为准确地评价容器的安全性和结构设计的合理性。同时，本文的计算方法可以为同类事故分析和相应的结构设计提供参考。　　主要完成下列几项工作：　　1、本文基于MSC.Dytran的有限元分析环境，通过对其中流固耦合和 ALE有限元计算方法的研究，建立了包括容器、水和空气三部分有限元模型。总结出一套行之有效的计算跌落冲击载荷下储液容器内部液体晃荡的方法流程；通过仿真计算得到了包括冲击加速度和液体冲击压强等结果，并且与相关文献的结果进行比较，证明了本文方法的可行性和合理性。　　2、本文分析了各个工况参数对储液容器跌落冲击的影响，针对储液量、竖直速度、水平速度、俯仰角、侧倾角等五个参数，应用正交试验设计方法，进行了两组试验设计，经过分析得到了五个因子中竖直速度对容器的影响具有高度显著的结论，也得到了各因素对容器动力学响应影响大小的排序。根据实际跌落情况，固定水平速度和竖直速度，分析了得到了储液量与侧倾角的交互效应对结果影响显著的结论。　　3、通过分析储液容器与地面碰撞过程，得到了跌落高度、储液量和跌落角度三个因素对液体晃荡与容器的动力学响应特性的影响机理。结果表明，随着跌落高度和储液量的增加，液体晃荡对容器冲击强度几乎呈线性增大；但是当储液量大于50％时，液体流动的速度和容器变形量受储液量影响不明显；储液容器最大塑性应变与跌落角度呈现―∧‖型关系，当跌落角度大于20°时，容器顶部与地面碰撞中发生塑性变形，并且变形量随着跌落角度增加而增大。　　4、为了了解容器内部结构变化对液体晃荡特性和结构动力学响应的影响机理。通过计算容器内部无障碍物、加设挡板、加设舱壁三种结构形式工况下，液体速度矢量分布、液体冲击压强分布、自由液面形状和容器结构动力学响应的特点，经分析可知，加设阻晃结构对抑制液体的晃荡作用明显，但是同时使液体对容器结构的冲击压强增大，容器变形量增加，降低结构可靠性。
作者：	张贵龙
专业：	船舶与海洋工程
导师：	杨兴林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文