本文關鍵詞：彈性側壁液艙內液體晃蕩問題研究

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【摘要】：液體晃蕩問題在運輸系統的安全方面具有極大的工程意義。任何部分載液的運輸工具,運動時都存在晃蕩問題。當外界激勵頻率接近液艙內流體的固有頻率時,很容易產生劇烈的晃蕩,產生極大的沖擊壓力,引起結構損壞,甚至產生足夠大的彎矩使其失穩(wěn)。液體晃蕩是一種非常復雜的流體運動現象,具有高度的非線性。由于其復雜性,至今其理論分析仍很不完善,一直是航天、船舶等領域的熱門研究課題。 本文在液體晃蕩實驗中進一步發(fā)展了影像采集和分析技術,獲得了液艙內晃蕩液體自由表面變化的實時數據,實現了對強非線性自由表面流的無接觸測量；通過壓力采集系統,得到了作用在彈性側壁液艙艙壁上的晃蕩壓力；采用光纖光柵傳感解調儀,獲得了彈性側壁結構在晃蕩荷載作用下的高精度和穩(wěn)定的應變數據。通過掃頻實驗得到了液艙內液體的最低階固有頻率。 對水平簡諧激勵下、彈性側壁液艙內液體晃蕩問題進行了模型實驗研究,考慮不同液深、不同激勵振幅和頻率,對液艙內不同位置處的自由液面高度和晃蕩壓力等水動力特性進行了研究,并與剛性實驗結果及理論值進行了對比。分析發(fā)現,彈性側壁液艙和剛性液艙內各測點自由液面高度接近,而作用于彈性側壁靜水面位置以下測點上的晃蕩壓力峰值較剛性艙壁上偏小8～16%。 分析了彈性側壁液艙結構的動力響應,考慮不同激勵頻率與振幅,從時域和頻域兩個不同角度,對彈性側壁液艙不同位置處的結構應變進行了分析。研究表明,在應變歷時曲線中呈現出很明顯的雙峰特征；共振時,在液艙頂蓋上,頂角位置處更容易出現較大的應變,在液艙側壁上,拉、壓應變的最大值分別出現在靜水面以下和靜止液面位置。 基于Morlet連續(xù)小波變換對彈性側壁液艙內自由液面高度和晃蕩壓力進行了非線性分析。得到了彈性側壁液艙內不同位置處自由液面高度和晃蕩壓力的小波能譜的時頻變化規(guī)律。結果表明：晃蕩壓力的主要能量分布在激勵頻率或二倍頻處,在大于三倍頻或四倍頻以上的頻率段,小波能譜的能量分布呈現出明顯的脈沖特性。
【關鍵詞】：液體晃蕩 彈性液艙 自由液面高度 晃蕩壓力 結構應變
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U663.85;U661
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-10
• TABLE OF CONTENTS10-13
• 圖目錄13-20
• 表目錄20-22
• 主要符號表122-23
• 主要符號表223-24
• 1 緒論24-41
• 1.1 研究背景與意義24-25
• 1.2 剛性液艙內液體晃蕩研究25-36
• 1.2.1 理論分析研究27-28
• 1.2.2 數值模擬研究28-30
• 1.2.3 物理模型試驗30-36
• 1.3 彈性液艙內液體晃蕩研究36-39
• 1.3.1 理論分析研究36-38
• 1.3.2 數值模擬研究38-39
• 1.3.3 物理模型試驗39
• 1.4 本文主要研究思路與內容39-41
• 2 液體晃蕩試驗設計41-60
• 2.1 晃蕩實驗設備41-43
• 2.2 實驗液艙模型43-45
• 2.3 數據采集系統45-53
• 2.3.1 影像采集與分析系統45-48
• 2.3.2 壓力采集系統48-49
• 2.3.3 應變采集系統49-53
• 2.4 試驗組次53-59
• 2.4.1 艙內液體固有頻率54-57
• 2.4.2 晃蕩實驗組次57-59
• 2.5 本章小結59-60
• 3 彈性液艙內液體晃蕩水動力特性60-103
• 3.1 晃蕩波形演變過程60-69
• 3.2 自由液面高度69-82
• 3.2.1 歷時曲線變化69-76
• 3.2.2 統計分析結果76-80
• 3.2.3 譜分析結果80-82
• 3.3 液體晃蕩壓力82-101
• 3.3.1 歷時曲線變化82-93
• 3.3.2 統計分析結果93-97
• 3.3.3 譜分析結果97-101
• 3.4 本章小結101-103
• 4 彈性液艙結構的動力響應特性103-124
• 4.1 液艙應變歷時曲線變化特性103-114
• 4.1.1 共振情況103-108
• 4.1.2 非共振情況108-114
• 4.2 液艙應變統計分析結果114-120
• 4.2.1 壓力和應變空間分布114-117
• 4.2.2 激勵振幅的影響117-118
• 4.2.3 激勵頻率的影響118-120
• 4.3 液艙應變譜分析結果120-123
• 4.4 本章小結123-124
• 5 基于連續(xù)小波變換的晃蕩特性研究124-162
• 5.1 小波變換和小波能量譜124-129
• 5.1.1 連續(xù)小波變換124-126
• 5.1.2 小波能量譜126-127
• 5.1.3 小波函數的選取127-129
• 5.2 自由液面高度的小波分析129-143
• 5.2.1 淺液深情況下小波分析129-136
• 5.2.2 一般液深情況下小波分析136-143
• 5.3 晃蕩壓力的小波分析143-161
• 5.3.1 淺液深情況下小波分析143-149
• 5.3.2 一般液深情況下小波分析149-161
• 5.4 本章小結161-162
• 6 結論與展望162-167
• 6.1 結論162-165
• 6.2 創(chuàng)新點165-166
• 6.3 展望166-167
• 參考文獻167-175
• 附錄A 線性解析解175-180
• 攻讀博士學位期間科研項目及科研成果180-182
• 致謝182-183
• 作者簡介183

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本文編號：1126749