石怀龙 王勇 邬平波

(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室,成都 610031)

引言

液体晃动会影响货物运输安全,如公路、铁路和航空运输中的液罐车以及海底运输管道等,主要是由于液体自由表面发生非线性运动,对罐体施加动态载荷.液体晃动行为研究起源于航空航天领域,主要难点为容器和液体接触面之间的运动边界条件模拟、液体自由表面的非线性运动模拟等.

Abramson等人基于线性弹簧振子模型研究了航天器内储油箱的液体振动,分析具有不同罐体形状内的液体晃动频率和振型,并给出接触作用力解析表达式,指出液体第一阶晃动频率对系统影响最大[1].Ranganathan等人建立了单摆-固定质量块模型,用单摆模拟液体一阶晃动效应,用固定质量块模拟未参与晃动的部分液体,并应用于公路槽罐车制动过程中的液体晃动行为[2,3].文献[4,5]详细阐述了等效模型研究进展,分析了不同建模方法和充比液时重载槽罐车的倾覆性能.然而,这些典型的等效物理模型过于简化,不能描述液体惯量和自由表面的连续性变化.Celebi基于Navier-Stokes方程建立了连续非线性模型,研究带有隔板的矩形贮箱内的液体晃动[6].Ibrahim[7,8]总结了二十一世纪初之前的液体晃动研究进展,明确了液体晃动的被动控制方法以及其在结构振动抑制中的应用,讨论了液体的非线性属性和结构非线性振动等编程实现的困难.Aliabadi[9]对比了连续流体模型与弹簧振子和单摆系统构成的等效模……