液體非線性晃動數值研究及其在罐式車輛中的運用.pdf

1、液體晃動以及液固耦合的相互作用廣泛存在于各種工程領域中。液體的大幅晃動通常具有較強的非線性，計算難度較大。特別的，劇烈晃動的液體會產生很大的沖擊載荷，進而嚴重地影響充液容器及其相關系統的運動穩(wěn)定性，甚至可能會造成系統結構的破壞。因此，關于液體晃動動力學特性的研究具有非常重要的理論意義和實際價值。對于罐式汽車而言，其在行駛過程中引發(fā)的液體晃動，也會對車輛的穩(wěn)定性和行駛平順性產生一定的影響。本文主要采用數值方法研究液體非線性晃動以及液固耦合

2、系統的振動，并且討論了罐式汽車在運動過程中的液體晃動效應。
　　首先，提出了一種改進的數值算法求解二維非線性晃動問題。使用σ變換法將流體區(qū)域規(guī)則化，預測下一時刻的自由液面并代入到連續(xù)性方程和固壁邊界條件，對于自由液面邊界條件則采用近似代替的方法將其線性化，而方程組最終求出的解將作為下一時刻自由液面的校正。該方法具有良好的收斂性和穩(wěn)定性，適用于求解帶有運動邊界的數學問題。
　　其次，運用該數值算法求解了液體自由晃動，以及容器在

3、水平激勵和豎直激勵下的受迫晃動三種情況。通過與解析解的比較驗證了數值算法的準確性。數值計算結果揭示出大幅晃動的非線性特征，同時還探討了激勵頻率、幅值和初始自由液面等因素變化對非線性效應的影響。此外，對于水平激勵下的受迫晃動還進行了相關實驗研究。
　　第三，構造液固耦合系統橫向振動和豎直振動的力學模型，提出一種基于前述非線性晃動計算格式的數值方法來求解液體和固體耦合的動力學方程。對于耦合系統的橫向振動，主要研究了自由振動以及各階共振

4、情況下的晃動非線性效應。對于耦合系統的豎直振動，討論了振動過程中的晃動穩(wěn)定性，以及晃動非線性因素對容器運動的作用效果。
　　最后，以罐式汽車為實際對象，研究了液體晃動對于車輛制動性和行駛平順性的影響。采用數值方法計算了罐車制動時引起的自由液面運動和罐體所受的晃動力，同時討論了不同加速度和充液率條件下的晃動力變化規(guī)律以及非線性效應。建立1/4罐式車輛模型，計算了該模型在路面隨機激勵下的動態(tài)響應。計算結果顯示罐體的加速度功率譜可以分解