15×10^4m3浮放储罐的模态分析

以15×10^4m3储罐为例,应用ADINA有限元程序及《规范》算法对其进行了模态分析。结果表明,有限元法与规范近似算法计算的模态比较接近,15×10^4m3储罐液固耦合振动低频的振动形式比较丰富,以cos nθ,sin nθ型梁式振动为主;液体晃动低频的振动形式较单一,为cos nθ,sin nθ型梁式振动;储罐液固耦合频率对地基刚度变化敏感,液体晃动频率对储液高度变化敏感。     

16万方LNG储罐的动特性分析

以16×104m3LNG储罐为例,应用ADINA有限元软件中的Lanczos特征值算法,考虑液固耦合效应研究其动力特性参数。结果表明：内罐液固耦合基本振动频率较低,振动形式以cosnθ型梁式振动为主,液体晃动为低频的振动;外罐基本振动频率较高,振动形式也以cosnθ型梁式振动为主。内罐的液固耦合前三阶频率分别为1.979,4.766,6.491 Hz;液体晃动前三阶频率分别为0.104,0.185,0.235 Hz;外罐前三阶频率分别为6.509,12.37,22.16 Hz。     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

基于FSI效应AP1000屏蔽厂房重力水箱的模态分析

为了研究AP1000屏蔽厂房PCS重力水箱中考虑水体与结构相互作用时水箱结构固有特性,基于液固耦合理论分析方法,首先针对重力水箱特殊的结构形式分别建立不同水位高度下的理论分析模型和FEM数值模型,对比分析不同方法同水位高度下PCS重力水箱中水的晃动频率的差异性,然后对不同水位高度下水箱中水体的晃动模态进行分析,最后对水箱耦合系统结构振动模态变化进行探究。研究结果得出:等效圆柱水箱和等效环形水箱计算得到的晃动频率相差不大,且FEM法得到的水的晃动频率比理论方法小;水晃动频率随着水位升高而增大,结构的振动频率则相反。     

生产储油平台储罐液体晃动分析

旅大PSP平台为储罐、工艺设备、火炬、电站等一体化平台,为国内最大的生产储油平台,储罐液体内液体的晃动不仅会对储罐造成损坏,还可能会影响到生产储油平台的整体结构安全。因此需要对储罐晃动开展全面的结构影响分析与校核计算。ANSYS软件能够考虑储液和储罐外壁的动液耦合,模拟储罐内液体晃动对储罐结构的影响。储罐内液体的晃动分析可以广泛地应用于储罐安全评估工作中。     

大型浮放储罐三维地震动响应分析

以15×104 m3浮放储罐为例,应用ADINA有限元软件,采用弹簧单元模拟地基,在三维地震激励下分析储罐的地震动响应.结果表明,沿着罐壁的高度方向加速度具有放大效应,且场地越软储罐罐壁加速度放大响应越小;液体晃动波高越大,基底剪力越大.按照水平地震激励计算的液体晃动波高和基底剪力较三维地震动计算结果偏小,因此建议储罐设计时要考虑多维地震动的影响.     

液体工况对湿板振动模态的影响

为进一步探究液固耦合问题,采用有限元方法计算液舱中存在的单面湿板和双面湿板的振动模态.利用约束其他弹性板的全部自由度来模拟刚性及固支边界,保证液固交界面的顺利建立.计算结果表明,单面湿板的模态频率随着充液比的增加而逐渐下降;当充液比相同时,密度较大的液体对单面湿板的频率具有更加明显的抑制效果,但是同阶次的湿模态振型却不发生改变.双面湿板的模态频率则随着两边充液比落差的加大而下降;当弹性板两边充液比相同时,由于液体密度差值不大,双面湿板的模态未发生变化.     

液压管道中液-固耦合作用的模态综合法

针对液压管道的振动问题提出一种新的建模方法,即先采用左,右复模态分析方法建立管道结构模型和用频率相关摩擦模型建立液体模型,再引入模态综合理论综合结构模型和液体动态模型,在复数域中建立液-固耦合振动模型,且提出模态综合法的要点,由数值例子说明此方法是合理的。     

LNG储罐外墙模态分析

以某大型LNG(液化天然气)储罐结构为例,考虑到贮液条件下储罐与液体的相互作用与影响,即液体与结构的耦合问题,采用有限元方法对储罐结构进行了模态分析.结果表明:空罐,前三阶频率为6.376、6.376、6.468Hz,内罐贮液,前三阶频率0.102、0.102、0.137 Hz,内罐泄漏后,前三阶频率0.093、0.093、0.136 Hz,内罐贮液与内罐泄漏后储罐外罐的频率相差不大,但比空罐时的频率降低很多.说明了液体对储罐系统自振特性的影响是很大的,相当于储罐内部增加了液体的约束.     

套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明,套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。     

充液航天器自旋稳定性分析的一种近似方法

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题 .采用Galerkin方法建立液体受迫振动的离散动力学方程 ,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法 .由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立刚 -液耦合系统的姿态动力学方程 ,并由 Kelvin定理给出了充液航天器的自旋稳定性判据 .通过有限元分析 ,消去稳定性判据中的液体晃动特征模态矩阵 ,从而得到稳定性判据与充液腔体无关而仅与液体自由面有关的结论 .稳定性判据适用于带任意形状的轴对称充液腔的自旋航天器系统 .     

大型储罐液固耦合模态数值的模拟

以ANSYS软件为分析平台对1 000 m3储罐液固耦合系统的动力特性开展有限元数值模拟,研究刚性基础上储罐系统自振特性并对比本文中模型的计算精度,在此基础上讨论了储罐几何参数、材料参数和地基刚度参数等对储罐系统自振频率的影响。计算结果表明:该储罐的一阶模态的模拟值为0.294,文献值为0.275,相对误差最大为6.9%,验证了有限元模型的正确性。     

充液挠性航天器液体晃动模态观测及滑模姿态控制

针对充液挠性航天器姿态机动过程中挠性附件振动和液体晃动等问题,提出了一种带有稳态液体晃动补偿的滑模变结构控制方法。基于Lyapunov稳定性理论,设计了一种改进的滑模变结构姿态控制律,采用平方根函数代替符号函数以减小抖振。考虑到液体晃动频率低阻尼小的特点,为提高姿态稳定控制的性能,设计了一种液体晃动模态观测器,在稳态过程中补偿液体晃动对航天器姿态的影响。仿真结果表明,所提控制方法可有效提高充液挠性航天器姿态的稳态指向精度和稳定度。     

充液圆柱壳内旋转重力波的振动分析

为揭示充液弹性圆柱壳受高频激励，壳内自由液面出现低频大幅旋转重力波的产生机理，应用非线性动力学理论，在考虑弹性壳与流体的非线性耦合条件下，建立了壳液耦合系统的非线性振动方程组．运用Runge-Kutta法进行数值求解，得到了该系统振动的时间历程及频谱特性曲线，进一步分析了系统的非线性动力学特性．结果发现，当激励力幅值足够大，且激励力频率在壳体固有频率与液体固有频率之和的附近窄频带内时，壳内自由液面会出现大幅低频旋转重力波．由此可知，低频大幅旋转重力波的产生机理是由壳体两个同频率模态同时在壳液耦合系统非线性因素的作用下而引起的组合共振．     

电动车辆驾驶室隔振系统建模与振动特性分析

针对电动车辆驾驶室的低频振动问题,首先建立了底部装有4个隔振器的驾驶室有限元模型,提出采用三个方向的非线性弹簧阻尼单元的方法来等效替代隔振器,并进行约束模态分析.根据模态分析结果,讨论了驾驶室晃动产生的原因,并在此基础上,给出了两种减小驾驶室晃动的隔振器设计改进方法.根据实际使用情况,对液阻型橡胶隔振器进行了设计和静力分析,改善驾驶室的乘坐舒适性,此外通过调整隔振器的安装位置有效地减轻驾驶室的振动,模态分析结果显示振型频率均有所提高,同时第4阶振型变为驾驶室后壁局部振动.最后,利用有限元仿真,对驾驶室隔振系统进行振动分析,结果表明调整隔振器安装位置后的驾驶室减振系统在低频路面位移激励下垂向振幅明显减小.     

弹性圆柱形储液罐地震反应的有限元分析

本文根据变分原理,利用有限单元法分析在水平地震运动作用下圆柱形弹性储液罐的动力反应。所设计的计算机程序能相当精确地计算固有频率、主振型和动力历程反应。例如:液面波高、各时刻的液动压力和罐壳位移。文中把液罐耦合振动系统考虑为液体和壳壁二者都振动。可以把液面无波动的液罐耦合振动系统及罐壳在刚性假设下,只有液面晃动引起压力振动的液晃动系统,考虑为一般液罐耦合振动系统的两个特例。从使用程序计算的数值算例中可看出:液罐耦合振动系统的固有频率明显地分为两个频区:高频区——包舍所有“壳振动”的固有频率,它近似等于上述第一种壳振动情况相应的固有频率;低频区——包含所有“液晃动”的固有频率,它近似等于上述第二种液晃动情况的相应固有频率。但是,关于动力历程反应,由液罐耦合系统所得的值,既不同于上述两种特例所得的值,也不同于这两种特例相应值的叠加。     

晃动分量对储罐地震响应的影响研究

基于Haroun模型,考虑罐壁液固耦联及罐体的平动和转动,将储罐体系简化为三质点体系力学模型,罐内液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量,通过时程分析法计算储罐的地震响应,并与不考虑液体晃动分量影响的两质点体系的地震响应进行对比,分析晃动质量对储罐抗震的影响。以系列储罐为例,分析两种体系不同场地储罐的地震响应。结果表明：通过两质点体系模型计算的基底剪力和基底弯矩与三质点体系的计算结果相差不大,实际工程中,可以按照两质点进行计算分析;按照三质点体系模型进行计算能够得出液体的晃动波高,利于分析液体晃动对浮顶产生的影响,因此在进行储罐抗震计算时,将储罐简化为考虑液体晃动分量的三质点体系力学模型便于分析晃动效应。     

沉没辊装置液固耦合数值模拟及振动实验

针对热镀锌线沉没辊装置出现剧烈振动的问题,基于湿模态的结构非完全液固耦合方法,数值模拟了装置在锌液中的振动模态,分析各阶振型及固有频率,并进行现场振动实验.锌液中沉没辊的局部振型改变轴承的装配关系,而在实测信号的时域波形中出现削波现象,表明锌液中滑动轴承存在碰摩;幅值谱中波峰对应的频率为45.05 Hz,与湿模态的第4阶固有频率接近且振型相似,表明实验中的装置主要以第4阶固有振动为主;液固耦合的非线性振动引起倍频振动;锌液流场的持续作用是导致幅值谱中波峰两侧出现边频带的主要原因.理论及数值分析与实验研究有显著的关联性,结构非完全液固耦合方法能有效应用于工程实践.     

微重力环境下轴对称贮腔类液刚耦合动力学

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性,并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的高斯超几何级数解析表达式.采用伽辽金变分原理推导了系统动力学模型,并进行了特征频率分析.对耦合充液系统进行了数值仿真计算,并得到系统自由度随时间的变化历程.     

非线性激励作用下载液容器内液体晃动的数值模拟

通过对周期性边界激励下的圆柱形容器内液体晃动的数值模拟,分析了载液容器壁面受力与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系,以及液体晃动幅值、频率与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系.分析结果表明:载液容器内的液体在经历了一段调整期后,晃动幅值趋于稳定,晃动频率接近激励频率;当外界的激励频率接近液体固有频率时,液体晃动幅值增大,对容器壁面产生的冲击力增大;液体的晃动频率与摆动半径无关,晃动幅值随摆动半径的增大而减小.该结果对于非线性激励作用下载液容器内液体晃动的研究、保证载液容器的运行的安全,具有重要的参考价值.