三维弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究

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1、硕士学位论文三维弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究Numericalsimulationofliquidsloshingin3Delastictank作者姓名：匿星学号：21006218大连理工大学DalianUniversityofTechnologyIIIIIllUIIIIIIUlY2415188一大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其

2、他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：丝主纽狴』竺遂遂由i盔盐显荡起鱼趱主坠蕴宝塑作者签名：苗、星日期：星!．!互年—』月!一日大连理T大学硕士学位论文摘要液体晃荡是工程实践中经常遇到的问题，诸如液化天然气储罐，航行中的液货船，高架水箱，飞行中的火箭等一般都设有液舱，当液舱内部分装载液体时，受到外部扰动就会引起液舱内液体的晃荡。随着航运、水利以及核电的发展，其重要性越来越为人们所认

3、识。液体晃荡是一种复杂的流体运动形式，具有高度的非线性和随机性，影响因素很多，如液舱几何形状、液舱内液体属性、外界激励频率、液舱载液率及晃荡的剧烈程度等。当载液液箱运动频率与液舱内液体晃荡固有频率接近时或者受到的外部激励幅值较大时，液舱内液体将会产生强烈的波动，晃荡引起强烈的冲击压力以及相当大的水动力对船运动和液舱结构有着不容忽视的影响。因此，研究液舱晃荡具有重要的理论意义及工程价值。本文的主要工作是运用有限元软件ADINA模拟三维弹性液舱内粘性液体的液体晃荡，并探讨液舱尺寸，液舱材料物理性质，液舱载液率，

4、外界激励频率及振幅等对液体晃荡的影响，主要工作内容如下：(1)根据液体晃荡特点，分别建立了长方体液舱模型与立方体液舱模型，前一模型作为验证模型，后一模型用于研究液体晃荡特性。在模拟时将流体域控制方程用有限元法进行离散求解，将结构域控制方程用隐式积分法进行积分求解。(2)利用所建立的液体晃荡模型，首先对长方体刚性液舱内液体晃荡进行模拟，分析在不同激励频率下液体晃荡的波面及水动力特性，验证了刚性液舱模型的有效性，研究内容包括：液舱内液体固有频率计算，并与Abramson理论值进行比较；液舱内液体晃荡波面特性，并

5、将结果与Faltinsen线性解析解以及实验值进行对比；液舱内液体晃荡动水压强沿舱壁的分布特性，并将结果与实验值进行了比较，然后对立方体刚性液舱内液体晃荡进行了数值模拟，分析了晃荡的三维效应。(3)在步骤二的基础上建立对应的三维弹性液舱模型，对不同尺寸的弹性液舱模型进行了研究，利用晃荡与结构的相互耦合，首先将长方体弹性液舱波面及波压力结果与实验值进行比较，验证弹性液舱的有效性，然后分析了立方体液舱在不同刚度，不同激励频率下液体运动特性和结构运动响应，并将结果与对应的刚性液舱模型进行对比，得到了弹性液舱液体晃

6、荡的■些规律性结论，既验证了弹性液舱液体晃荡模型的有效性又讨论出弹性对液体晃荡的影响。关键词：液体晃荡；数值模拟；流固耦合；弹性液舱；ADINA三维弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究Numerical．simulationofliquidsloshingin3DelastictankAbstractSloshingisoftenencounteredinengineeringpractice，suchastheLNGtank，thelargeliquidcargoships，theelevatedtankand

7、theflyingrocketgenerallyallhavetanks．Sloshingisoftenhappenedinthepartlyfilledtankunderthedisturbanceofoutside．Asthedevelopmentofshipping，hydraulicengineeringandnuclearengineeringitsimportanceisincreasinglybeingrecognizedintheindustry．Sloshingisafluidmotion

8、ofhighlynonlinearandrandomness，whichiseffectedbymanyfactors，suchasnotonlytheshapeofthetank，liquidpropertiesandfrequencyofexcitationbutalsofillingratio，structurepropertiesandSOon．Sloshingwillbefiercewhenthemov