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非规则受迫激励下浅水液舱晃荡数值模拟研究
| 论文题名： | 非规则受迫激励下浅水液舱晃荡数值模拟研究 |
| 关键词： | 液舱晃荡;Boussinesq方程;非规则激励;数值模拟 |
| 摘要： | 装载部分流体的液舱，在外部载荷的作用下发生运动时，会导致液舱内的流体产生晃荡现象。晃荡是一种非常复杂的流体运动，具备较强的非线性及随机性。由于在液舱晃荡的过程中，流体与液舱的边界发生强烈的交互作用，即便外部激励较小，依旧存在产生巨大砰击力的可能性，带来安全隐患。故开展液舱晃荡运动研究对工程应用及科学探索均具有重要意义。 鉴于目前对浅水液舱晃荡的研究仍需要加强，本文主要对浅水情况下的液舱晃荡加以研究。本文基于势流理论假设，采用高精度Boussinesq型方程对液舱晃荡运动加以研究。采用完全自主开发的基于高精度Boussinesq型方程的浅水液舱晃荡求解器，在对规则受迫激励下液舱晃荡运动进行数值模拟的基础上，进一步自主编译非规则激励生成求解器，完成对非规则受迫激励下液舱晃荡运动的数值模拟，并探究不同参数对液舱晃荡运动的影响。 论文首先采用高精度Bousssinesq型方程完成液舱晃荡问题的处理和转化，再进一步对建立数值模型的过程以及所使用的数值计算方法、计算流程进行介绍。通过与文献对比，验证数值方法的准确性。对规则受迫激励下的纵荡运动进行研究，结果表明在随着频率的逐渐增大，液舱中会由非共振工况的驻波向共振工况的行进波转变，行进波波峰数量逐渐减小，整体呈现出波峰较陡波谷较平的强非线性现象，最后归于驻波。共计观察到五种不同的晃荡形式。振幅的增大会导致波高的增大，但存在某一断层，使波高出现骤增。对规则受迫激励下的横摇运动进行研究，结果整体上与规则受迫激励下的纵荡运动相似。 采用完全自主开发的非规则激励生成求解器生成非规则激励，对非规则受迫激励下的纵荡运动进行研究，研究重点在于不同工况对液舱晃荡运动的影响。结果表明，不同工况下液舱晃荡能量大小发生改变，但液舱晃荡能量分布只受液舱各阶固有频率调制，与有义波高，激励频率大小无关。考虑到非规则受迫激励下的液舱晃荡运动结果存在一定随机性，对每种工况进行大量重复性数值模拟研究，并求解各工况下的最大载荷、最大扭矩及最大压强的存在区间和平均值，这对液货运输的安全有重要意义。研究结果表明，液舱晃荡运动对奇数阶固有频率更加敏感。 |
| 作者： | 石留斌 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 李廷秋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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