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．     

充液卫星地面物理仿真方法

充液卫星地面物理仿真中,受重力影响,无法在气浮台上直接放入液体贮箱进行仿真。为实现充液卫星整星模型的地面物理仿真,该文提出利用飞轮施加卫星充液贮箱内液体的晃动力矩的方案。该试验方案基于液体晃动的等效单摆模型,得到了实时获取卫星液体晃动力矩数值,并通过飞轮实时施加等效晃动力矩,来等效液体晃动,进行整星运动仿真。仿真结果及理论分析表明:考虑采样时间、延时效应、外力矩的影响,该地面物理仿真方案能够很好地模拟在轨卫星的运动规律;对飞轮求解方程进行等效处理可以简化飞轮角速度指令计算及相应陀螺力分析。     

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．     

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.     

考虑燃料消耗的飞机副油箱燃油晃动等效建模

随着燃料消耗,飞机副油箱内燃油的晃动特性将改变,并影响飞机飞行品质和安全。为准确高效地分析副油箱内燃油晃动行为,通过势流理论和有限元法建立了不同充液高度下燃油晃动的单摆等效力学模型。基于充液高度对单摆等效力学模型的各参数进行插值处理,提出了考虑燃料消耗的燃油晃动等效力学模型建立方法。以俯仰激励和滚转激励为例,对固定充液比和变充液比情形下的单摆等效力学模型进行了验证。结果表明,本文建立的等效力学模型对燃油动力学响应的预测结果与计算流体动力学软件的仿真结果吻合良好。可见,该等效建模方法在飞机副油箱内燃油晃动动力学描述上准确有效。     

平放圆柱体内液体晃动特性及横向受力分析

基于势流理论研究平放圆柱形贮箱内任意充液比液体晃动问题,用Galekin方法求解该边值问题。研究液体自由晃动问题求出满足边界条件的势函数空间项,分析液体晃动频率随充液比例和半径变化的情况,并与实验结果进行了对比,吻合良好。在液体强迫晃动中从自由液面动力学方程出发消掉空间项得到势函数时间项n阶微分方程并数值求解。推导了液体作用在贮箱上的横向力,并计算不同充液比时地震加速度激励下的贮箱受力。     

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。     

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 …

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,速率势,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。     

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。     

高地隙喷雾机药箱液体晃动的等效力学模型研究

药液晃动是导致高地隙喷雾机侧倾失稳的重要因素。为准确预测药箱内液体晃动行为，本文提出一种单摆-质量-阻尼等效力学模型来模拟药箱内液体晃动行为。首先基于Adams虚拟样机仿真模型输出药箱所受随机加速度激励，并以此激励在Fluent中建立药箱液体受迫晃动模型，进行数值模拟液体晃动，获得了冲击力和冲击力矩与随机加速度的关系；然后对矩形截面药箱液体晃动进行动力学和流体力学分析，获得等效力学模型的相关参数，建立了MATLAB/Simulink系统仿真模型；最后通过Fluent验证了系统模型在充液比0.5时的可靠性。结果表明本文所建立的等效力学模型能够较准确地模拟液体晃动行为。     

求解液体大幅晃动问题的数值方法评述

对在推进剂贮箱中带有自由液面液体大幅晃动问题的研究是一个在充液航天器动力学与控制分析中十分重要的问题．介绍和评述了求解带有自由液面液体大幅晃动问题的数值模拟方法,并简要介绍了这一领域的主要研究成果以及对今后工作的进一步展望     

微重时矩形容器内液体自由晃动等效力学模型

研究微重环境下矩形容器内液体晃动动力学, 用付氏级数展开法, 得到液体自由晃动的频率与速度势． 用力的等效原理建立了液体自由晃动弹簧振子阻尼器等效力学模型, 并给出数值结果     

求Cassini贮箱内液体小幅晃动频率的解析方法

为得到航天器上燃料晃动频率,针对Cassini贮箱内液体小幅晃动,将贮箱的柱段近似为非常扁长的椭球,建立了原点位于与箱内静液面接触线处相切的圆锥顶点的球坐标系,用高斯超几何级数解析表达速度势和波高的模态函数,采用伽辽金方法将变分方程转变为一个标准的特征值问题形式的频率方程,求解了不同尺寸比例的旋转椭球形贮箱和Cassini贮箱在不同的充液比和不同的Bond数情况下液体小幅晃动的基频,并与已有的理论和实验结果进行对照.结果表明,本文方法用于求解旋转椭球形贮箱和Cassini贮箱内液体小幅晃动频率是可行的.     

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。     

基于零空间法的柔性多体系统动力学计算及仿真

为了实现柔性多体系统动力学的程式化建模及精确求解,利用自然坐标建立了柔性多体系统带拉格朗日乘子的动力学模型.将约束雅可比矩阵的正交补应用于该模型的处理过程中,通过零空间的正交基将模型转化为纯微分形式,并在时间域内进行离散,给出了数值解法和详细的仿真计算步骤,完成柔性重力摆的动力学建模与计算.仿真结果与运用传统方法所得的结果一致,验证了此建模及计算方法的正确性.针对在空间可展机构中广泛应用的柔性剪式机构,通过在Mathematica环境下编程,建立了动力学模型,并基于零空间法进行数值计算和仿真,得到柔性剪式机构在驱动力作用下的动力学响应曲线及横向振动引起的末端位置误差.     

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     

基于SPH方法的液体晃动数值模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟研究贮液容器中带有自由表面的液体晃动问题.应用密度对比法捕捉自由表面粒子,并采用边界排斥力法与镜像粒子相结合的方法处理固体边界.计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及外部激励下的一阶模态晃动,得到了自由液面的波动和监测断面上的压强分布.将计算结果与理论值以及前人的实验数据对比表明,光滑粒子动力学方法作为一种无网格法,能较好地模拟带有自由液面的液体晃动问题.     

三维液体大幅晃动及其抑制的数值模拟

利用 AL E( Arbitrary L agrange- Euler)有限元方法 ,以速度和压力为基本变量 ,数值模拟了圆筒形贮腔中不可压粘性三维液体的大幅晃动问题 .为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦 ,推导了分步插值的有限元计算格式 ,得到了横向强迫晃动下的速度及压力响应 .根据工程需要 ,对带有圆环形肋板的圆筒形贮腔中的非线性晃动进行了数值模拟计算 ,得到了强迫激励下的速度及压力响应 ,并将得出的一些重要结论与有关实验结果进行了对比分析 .     

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。     

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。