【摘 要】
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罐式载液设备常用来运输危险性较高的液体。运输过程中,内部液体的晃动会使罐体质心发生改变,进而影响结构稳定性。极端情况下,当罐体与结构发生碰撞时可能造成罐体破坏,引起危险品泄漏,带来安全隐患。因此,分析罐式载液设备相关流固耦合问题,对内部防晃结构进行优化设计,对提高罐式载液设备的运输安全具有重要意义。罐式载液设备内的液体晃荡及外部冲击涉及剧烈的液固耦合作用。为分析容器内部的强非线性液体晃荡行为,本文
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罐式载液设备常用来运输危险性较高的液体。运输过程中,内部液体的晃动会使罐体质心发生改变,进而影响结构稳定性。极端情况下,当罐体与结构发生碰撞时可能造成罐体破坏,引起危险品泄漏,带来安全隐患。因此,分析罐式载液设备相关流固耦合问题,对内部防晃结构进行优化设计,对提高罐式载液设备的运输安全具有重要意义。罐式载液设备内的液体晃荡及外部冲击涉及剧烈的液固耦合作用。为分析容器内部的强非线性液体晃荡行为,本文采用改进的光滑粒子动力学(SPH)方法,以准确追踪剧烈变形甚至破碎的自由液面,准确预测容器壁面压力响应。为预测载液设备撞击过程中的破坏行为,本文采用耦合的欧拉朗格朗日法,对罐体结构碰撞时的几何、材料、接触非线性问题进行模拟分析,以合理设计结构提高罐体的抗碰撞能力。本文主要研究内容如下:(1)建立二维矩形容器的液体晃荡模型,模拟水平激励下容器内的液体晃荡现象,并将计算结果与实验结果作对比,符合良好,说明SPH方法适合研究液体晃荡问题;进一步研究了激励频率、幅值和载液率对液体晃荡的液面变化、冲击压力及质心的影响。(2)根据液体晃荡特性,对罐体结构进行改进,研究圆形截面、椭圆形截面和改进梯形截面的罐体内液体晃荡现象,分析了自由液面、质心和倾覆力矩变化;研究罐体内部增设不同高度、不同数量的挡板后的液体晃动现象,分析了自由液面、质心和倾覆力矩变化。(3)对罐体发生碰撞时的动力响应进行分析,探究了碰撞过程中罐体的冲击速度、罐体载液率,冲击姿态以及容器壁厚对结构的影响,然后根据仿真结果,提出了提高罐体抗碰撞能力的结构设计措施。
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