充液系统动力学在实际工程结构分析中有广泛的应用,一直以来都是国际上研究的前沿课题之一。在航天结构中,如液体火箭、飞船、航天飞机、单级入轨充液航天器和空间站等,液体晃动的抑制对系统的稳定控制显得非常的重要。此外,日常生活中,对船舶贮液箱、油罐车中的液体晃动控制以及储油罐的防震等的研究,也有着重要的理论意义和工程应用价值。 我国是个货运列车大国,油罐列车运输占着重要的地位。油罐列车在运行中,不可避免会出现轻微或激烈的晃动,车辆行驶中的不稳定会使罐体与腔内的液体产生强烈地耦合作用,影响行车的安全和可靠性。 本文假设圆柱罐刚性足够大,不考虑罐体的弹性变形,分析罐车在平直轨道上运行时的横向稳定性。考虑到罐车横向运动的特殊性,分别分析罐体做横摆、侧滚以及摇头运动时,罐体中液体的晃动情况。针对罐体全充满和半充满不可压缩无粘液体的情况,建立罐体做横向运动时罐内液体的运动方程,并推导出流体力的解析表达式。最后建立考虑液体晃动影响的罐车简化模型。此外本文对实际罐体模型进行液体横向晃动试验,并与有限元计算结果进行对比分析。 本文初步研究了液体晃动对罐车横向运动的影响,主要包括以下内容: 1、分别分析和建立罐车系统沿平直轨道分别做横摆、侧滚或摇头运动时,罐内全充满和半充满理想液体,箱内液体系统的运动学方程。 2、针对罐体的横摆运动和摇头运动,分别建立简化的罐体-液体耦合运动模型,分析液体和罐体的响应。 3、建立罐车的多自由度模型,考查液体晃动对罐车横向运动稳定性的影响。 4、采用扫描式激光测振仪对不同充液比下贮箱受横向激励时,箱内液体晃动频率及振型进行试验研究,并将测试结果与ANSYS分析结果进行比较。