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(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024)

以往对液体晃荡问题的研究均视液舱为刚性液舱[1-3]，这与实际情况不相符。实际上液舱都具有一定的弹性。当液舱结构为弹性时，舱内液体与结构将会相互耦合作用，这将会急剧地改变晃荡冲击压力与液体自由液面的非线性运动。尤其当晃荡冲击压力的作用时间与弹性结构的湿周期相近或者处于同一量级时，较之刚性结构，弹性结构的动态响应与液体的压力可能会急剧增大，这时就要研究其中的流固耦合和水弹性问题了[4-6]。本文采用ADINA-FSI模块来研究纵荡激励下二维矩形弹性液舱内的液体晃荡问题。

1 数值模型

1.1 基本假定

假设流体为不可压缩的粘性流体，结构为线弹性材料。流体与结构在流固耦合接触面上法向不直接脱离，只沿切向滑动，即流体与结构在接触面上任意时刻法向位移都是相等。

1.2 控制方程

1.2.1 结构运动基本方程

线弹性结构小变形时在直角坐标系中的运动方程为

(1)

应变率满足

(2)

Fis——结构体积力分量；

ρs——结构质量密度；

1.2.2 流体域内N-S方程和连续方程

流体域内ALE描述二维不可压缩粘性流体的N-S方程和连续方程为

(3)

式中：u，v——x和y方向的速度；

gx，gy——x和y方向的体积加速度；

p——流体压力；

ρ——流体密度；

υ——流体运动粘滞系数。

1.3 边界条件

流固耦合模型包括三部分：流体域、结构域和流固耦合接触面，因此边界条件由流固耦合接触面和流体自由表面组成。

1.3.1 流固耦合接触面上的边界条件

1)运动学条件。……