鐵路罐車液固耦合問題數(shù)值方法研究.pdf

1、液固耦合動(dòng)力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)暈要分支，它是研究變形固體在流場作用下的各種行為，以及固體變形對(duì)流場的影響這二者交互作用的一門科學(xué)，在實(shí)際工作結(jié)構(gòu)分析中有廣泛的應(yīng)用。一直以來，液固耦合問題就是國際上研究的前沿課題之一。 我國是個(gè)貨運(yùn)列車大國，鐵路罐車作為鐵路車輛中的重要組成部分，它擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸液體、氣體和粉狀貨物的重要任務(wù)。鐵路罐車在運(yùn)行中，不可避免會(huì)出現(xiàn)輕微或激烈的晃動(dòng)，罐車的不穩(wěn)定會(huì)使罐體與罐內(nèi)的液體產(chǎn)生強(qiáng)烈地耦合作用，影響行車的行

2、使安全。 近幾年來，隨著火車的不斷提速，使得以前常規(guī)的耦合動(dòng)力學(xué)的研究方法己經(jīng)不能完全解決當(dāng)前的問題。 計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，使問題有了進(jìn)一步的發(fā)展，數(shù)值方法作為一種近似的計(jì)算方法，可以利用計(jì)算資源不斷改善分析精度，特別是對(duì)于像鐵路罐車這樣的液固耦合問題，幾乎可以處理任意復(fù)雜的液體邊界條件，因此數(shù)值方法已成了現(xiàn)今解決工程問題的主要方法。 本文依據(jù)廣義變分原理和有限元的數(shù)值方法，通過對(duì)罐體內(nèi)部液體單元和液固耦合邊界上三

3、種單元的分析，建立了像鐵路罐車這樣比較復(fù)雜的液固耦合問題的控制方程。并編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，對(duì)一輕油類罐車整體進(jìn)行了頻域分析，最后與有關(guān)文獻(xiàn)中的數(shù)值模擬結(jié)果相比較，證明了理論的正確性，獲得了很好的分析結(jié)果。 另外，本文又用ANSYS軟件對(duì)罐體做了模態(tài)和響應(yīng)分析，列出了罐體在不同貯液情況下振動(dòng)的頻率及其振型圖，相關(guān)圖表顯示了罐體的節(jié)點(diǎn)變形和應(yīng)力值在不同的外界激勵(lì)頻率情況下的響應(yīng)情況。 本文結(jié)果對(duì)罐體的工程設(shè)計(jì)具有重要的參考