带有弹性隔板的圆柱形贮箱内液体的晃动问题

贮箱内的液体晃动会影响航天器的稳定性。为抑制液体晃动，常在贮箱内布置一些隔板。研究了圆柱形贮箱内液体晃动和弹性隔板振动的耦合问题。在研究中考虑了自由液面边界条件，由于流体和弹性隔板的耦合边界条件比较复杂，在理论分析上有较大的困难。对防晃隔板的上下两部分中的液体分别采用不同的速度势函数，首次利用双势函数导出了耦合频率的方程。通过数值计算得到了基频随隔板位置及刚度变化的规律。     

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．     

液体晃动力学参数的辨识

提出一种确定液体晃动力学参数的新方法。建立晃动液体和运动容器的力学模型和它的差分方程，实测液体晃动时充液容器运动的信号，采用广义最小二乘法处理试验数据，估计出液体晃动的力学参数。用此种辨识方法获得的液体晃动的主频率和参预基频晃动液体的等效质量与理论计算和共振试验法得到的结果基本一致。     

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.     

充液航天器试验的三维数值分析

对自旋充液航天器地面气浮台试验的动力学特性进行了分析和计算。以刚体系统的动量矩定理和流体运动的基本方程为基础，考虑液体晃动、涡旋、重力、离心力及Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力等因素的影响，并运用Ｐｆｅｉｆｆｅｒ推广的关于流体均匀涡旋运动的理论，导出了液体晃动的边值问题和流固耦合旋转系统运动的联立微分方程组。运用边界元方法求解了重力场中部分充液偏置贮箱内液体晃动的三维边值问题，并将系统运动的联立微分方程组交换后化为广义特征值问题来求解。从而求得液体晃动的能量耗散率和系统的章动时间常数。     

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.     

弹性结构与晃动液体耦合系统的动力特性分析

基于弹性波传播理论,构造液体晃动的等效弹性体模型,将液体晃动问题归结为弹性体动力问题, 建立位移-压力格式的流固耦合方程,采用静态缩聚技术求解流固耦合特征值问题.在此基础上,推导地震条件下的流固耦合系统有限元模型.对储液容器的特征值问题和动态响应问题进行了实例分析和计算,算例结果验证了方法的正确性与有效性.     

挠性充液卫星姿态动力学建模研究

为了研究带重力梯度杆的充液卫星姿态动力学 ,利用带端质量的等效悬臂梁模型及液体晃动的等效力学模型 ,即一组球面摆和一个轴对称圆盘 ,建立了挠性充液耦合的卫星姿态动力学方程。根据某微小卫星的具体参数 ,利用多变量控制系统极点配置选取了 3个反作用飞轮的控制率 ,通过数值仿真计算 ,得到了刚柔耦合及挠性充液耦合卫星姿态角的变化规律。仿真结果表明 ,采用三轴反作用飞轮控制方法 ,并对挠性振动进行动态补偿 ,可以改善姿态控制精度 ;同时得到了液体晃动对姿态角精度的影响     

充液航天器的数学模型

首先分析了充液航天器液体晃动系统的三大特点 ,进行五点合理假设 ,使系统最大限度的简化且保持它的实际特性 ;接着用变分原理建立了动力学方程 ,推导出边界条件 ,并就液体作微幅晃动对动力学方程与边界条件进行了线性化 ;最后就液体自由晃动问题对动力学方程与边界条件进行进一步的简化 ,得到了便于数值方法求解的数学模型。     

微重条件下两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃动特性

本文研究了微重条件下两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃动特性。用一类特征函数展开的方法求出液体自由晃动频率、速度势。推出了贮箱横向振动时液体受迫振动的动力学方程和边界条件,利用函数展开法求出液体受迫振动速度势,并给出了腔体横向振动时液体对腔壁的反力和反力矩。最后给出了数值计算结果。     

全失重环境下液体的受迫振动

研究全失重环境下带核液体和腔内多层液体的受迫振动问题．采用球函数和Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法给出了问题的解析解．研究结果表明，对于理想不可压缩流体在线性理论范围内，刚体的激励运动不激发液体自由面或多层液体交界面的波动响应，从而使问题转化为液泡的运动．     

平放柱形贮箱内液体晃动的等效力学模型

以油罐车为背景，研究平放柱箱液体晃动的模态响应．采用Galerkin方法建立了贮箱平动激励下离散的液体受迫晃动方程，建立了三维受迫晃动响应的等效力学模型．首先考核了晃动特征问题有限元方法和程序的正确性．其次数值实验显示，在液体三维晃动的横向、纵向、混合的3种可能模态中，贮箱的横向激励仅激发液体沿横向的二维晃动模态，纵向激励仅激发液体沿纵向的晃动模态；不存在其他形式的模态响应．最后算例分析了液体沿纵向晃动的固有频率和晃动质量随贮箱长度、充液量和横截面几何形状的变化，结果表明，纵向晃动固有频率随贮箱长度而下降，晃动质量随贮箱长度而增加．     

本征模式匹配理论在经典波传播中的应用

基于光栅结构的计算方法,发展了一个本征模式匹配理论用以研究和计算经典波在周期结构媒质中的传播行为,这个新的处理人工周期结构的计算方法已被用于固体/固体、液体/液体、空气/刚体等类型的声子晶体研究中,同时它也被成功地扩展至研究具有拓扑结构底部的液体表面波的频带结构及透射性质.笔者的研究结果显示了该理论方法的高效性.     

声波在弹性管和刚性管交替联结管内流体介质中传播的钳位效应

本文研究了声波在弹性管和刚性管交替联结管内静止流体介质中的传播特性,从理论和试验两方面指出了在交替联结管道内具有声滤波作用的钳位效应的存在,其声级减小与声波频率有关。这种钳位效应是由于声波在刚性管内与在弹性管内流体介质中传播速度不同所致。文中还获得了衡量钳位效应程度的声压透射系数和声强透射系数的计算公式,以及指出可利用钳位效应来降低某一段管内噪声的可能性。     

矩形储液箱在流固耦合下的静强度及模态分析

以某矩形储液箱为研究对象,在ANSYS软件中建立了三维有限元模型,对其在静水压作用下的强度进行了计算。同时,模拟了流体对于箱体的作用,对矩形储液箱进行了在空载和流固耦合下的模态分析,提取了前5阶固有频率和振型,为矩形储液箱的设计提供了可靠的数值依据。     

单层框架刚性圆柱形贮液容器地震力的确定

认为容器本身是刚性体、考虑到框架在地震作用下发生振动时引起容器中的液体亦发生振动;此液体振动通过容器壁和底板作用于框架上,即考虑耦联振动。液体振动可分解为无数振型的贡献,取有限个振型,利用振型分解法解耦运动方程组并确定地震力及液动压力。     

基于超声阻抗和回波声压的外感式液位测量方法

基于容器中液位上下方气液介质的超声阻抗的不同,会引起入射超声波束在容器内壁处的反射和透射特性产生差异,可以利用这个差异,从容器的外部来检测液位。首先分析圆形活塞式探头在金属容器壁内的声场分布特征,在此基础上建立了回波声压的计算模型,最后通过选取一系列不同壁厚的容器和不同直径的探头进行了实验验证,检测结果能够很好地符合理论分析,测量精度能满足检测要求。     

纵向竖条防晃板对液体晃动特性的影响

液体推进剂的晃动特性对大型液体运载火箭以及弹道导弹的飞行动力稳定性有很大的影响，为了使战略弹道导和航天运载器具有良好的飞行稳定性，就必须提高其内部液体推进剂的晃动阻尼，抑制液体的晃动，从而达到动力稳定的设计要求，常产加液体晃动阻尼的措施是在推进剂贮箱内安装防晃板。纵向竖条防晃板是一种常用的防晃挡板，该文通过对液体晃动时液体与纵向竖条防晃板之间的液动力所做的虚功与局部阻力所耗散的能量的计算，求出液本