【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储液装置及其力学仿真计算，尤其涉及一种带多个开孔结构的储液装置及其受力计算方法。
技术介绍
1、液体晃荡现象广泛存在于航空航天、船舶水运、大型渡槽结构、核电及路面交通运输等工程领域。液体晃荡时所呈现出的复杂非线性运动以及产生的不平衡晃荡力、晃荡力矩对液箱及其相关结构的稳定性和安全性有着重要的影响。
2、传统的，在减晃措施中，常采用主动式和半主动式减晃措施来抑制容器内液体晃荡，但需要牵连复杂的外部控制系统，并引起外部能源的消耗；而被动式减晃措施不需要任何外部控制和能量输入，通过改变容器内部结构形式来达到减晃目的。在被动式减晃措施中，具有开孔结构的储液装置具备吸收和耗散晃荡能的特性而被广泛应用于液体减晃的相关研究中。但对于含有开孔结构储液装置液体晃荡问题的研究处于对简单结构的解析求解和实验分析阶段。
3、在现有技术中，对带有多个开孔结构的圆柱形液箱进行液体仿真计算时，常采用有限差分、有限元、有限体积等传统的域内离散方法，需要将计算域离散为较细的网格，耗费大量的计算自由度，增加前处理过程和计算的成本；此外，传统数值计算方法在建模和分析过程采用的基函数不同，对于复杂几何形状，模型重构过程会带来较大的几何误差，在一定层面上表现为cad建模和计算机辅助工程(cae)分析是两个独立的部分，造成cad和cae技术的脱节，进而影响仿真结果的准确性。
4、因此，亟需一种带多个开孔结构的储液装置及其受力计算方法，在不需要任何外部控制和能量输入的情况下达到减晃的目的，且该储液装置的受力计算方法精度高、效
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种带多个开孔结构的储液装置及其受力计算方法，旨在解决传统的主动式和半主动式减晃措施需要外部控制、外部能耗以及被动式减晃措施的受力计算精度低、效率低的技术问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种带多个开孔结构的储液装置，包括：
3、液箱本体，包括液箱基座、设置在所述液箱基座上并形成容积空间的液箱壁，以及与所述液箱壁连接并封闭所述容积空间的液箱顶；所述液箱顶的中部设有注液孔，用于向液箱内注入液体；所述液箱壁的靠近液箱基座处设有排液孔，用于排出液箱内的液体；
4、所述容积空间内设置有若干个开孔结构，所述开孔结构为圆筒状结构，所述圆筒状结构的筒壁上均匀设置有若干个连通其内部容积的通孔；若干个所述开孔结构等距竖直分布在所述液箱基座上。
5、作为上述方案进一步的改进，所述液箱本体为半径为r的筒状本体，所述开孔结构为半径为l的筒状结构，若干个所述开孔结构，其中一个设置在所述容积空间的中心处，其余的所述开孔结构均匀分布在以所述容积空间的中心为中心，(r+l)/2为半径的圆上。
6、第二方面，本专利技术还提供一种上述带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其步骤包括：
7、s1：将满足laplace方程的三维液体晃荡分析转化为在储液装置的二维横截面上求解helmholtz方程和修正helmholtz方程；
8、s2：采用一维非均匀有理b样条(nurbs)基函数对二维横截面各边界进行模型离散，并构建多连通域离散方程；
9、s3：获得液体晃荡的基于helmholtz方程的等几何边界元法矩阵方程；
10、s4：基于步骤s3获得等几何边界元法矩阵方程，获得储液装置液面高程以及x方向晃荡力。
11、作为上述方案进一步的改进，在步骤s1中，将满足laplace方程的三维液体晃荡分析转化为在储液装置的二维横截面上求解helmholtz方程和修正helmholtz方程的具体步骤如下：
12、设液箱本体的半径为r，坐标系xy平面在自由液面上，原点o在液面中心，z轴垂直液面向上，开孔结构的通孔孔隙影响系数为g，液箱内装有深度为h的液体，液箱在x方向承受x＝ae-iωt的晃荡位移，其中a为晃荡位移幅值，ω为晃荡频率，t为时间，液体密度ρ，重力加速度g；
13、s11：设整个流体域为ω，将整个流域ω划分为n个子域ωi,i＝1,2,…,n，液箱内开孔结构以外的区域为计算子域ω1，每个开孔结构为一个计算子域ωv,v＝2,3,...n，
14、其中ω1共有n个边界γ1,l,l＝1,2,…,n；
15、s12：将每个子域中的流体采用速度势函数φ(x,y,z,t)表示：
16、φ(x,y,z,t)＝φ(x,y,z)e-iωt (1)
17、式(1)的φ(x,y,z)满足三维拉普拉斯方程：
18、
19、液体自由表面边界条件表示为：
20、
21、容器底部不透水边界条件表示为：
22、
23、s13:考虑到储液装置沿z轴方向横截面形状相同，引入关于z坐标的本征函数并利用式(3)和(4)，速度势φ可解耦为：
24、
25、m为正整数表示耗散模态的阶数，φ0和φm分别表示传播模式和耗散模式的所产生的速度势，k0和km为两种模式所对应的波数；
26、将式(5)代入式(2)得到下列helmholtz方程和修正的helmholtz方程：
27、
28、
29、s14:对式(6)的加权余量形式采用高斯散度定理和分部积分可得横截面容器中液体晃荡问题的一般边界积分方程：
30、
31、
32、其中，p和q为源点和场点，两者之间的距离用r表示，γ为容器横截面的边界，q0和qm为φ0和φm的方向导数，分别表示传播模式和耗散模式的通量，cp为与源点p处边界形状相关的常数，和分别为helmholtz方程和修正helmholtz方程的格林函数，和分别为和的方向导数。
33、作为上述方案进一步的改进，和分别表示如下：
34、
35、
36、
37、
38、其中，y0和y1分别为0阶和1阶第二类hankel函数，y0′和y1′为0阶和1阶第二类修正的bessel函数。
39、作为上述方案进一步的改进，在步骤s2中，采用一维非均匀有理b样条基函数对二维横截面各边界进行模型离散，并构建多连通域离散方程的具体步骤如下：
40、s21:引入一维非均匀有理b样条nurbs基函数作为形函数进行单元离散，
41、对于单连通分析域，获得传播模式边界离散方程和耗散模式边界离散方程，所述传播模式边界离散方程如下：
42、
43、所述耗散模式边界离散方程如下：
44、
45、其中，ξ′为源点的参数坐标，e′为源点所在的单元编号，ξ为参数坐标，每个单元的局部坐标ci,e、分别为单元e上的控制点、基函数、传播模式速度势、耗散模式速度势、传播模式通量和耗散模式通量，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带多个开孔结构的储液装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种带多个开孔结构的储液装置，其特征在于，所述液箱本体为半径为R的筒状本体，所述开孔结构为半径为L的筒状结构，在若干个所述开孔结构，其中一个所述开孔结构设置在所述容积空间的中心处，其余的所述开孔结构均匀分布在以所述容积空间的中心为中心，(R+L)/2为半径的圆上。
3.一种如权利要求1或2所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，其步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，在步骤S1中，将满足Laplace方程的三维液体晃荡分析转化为在储液装置的二维横截面上求解Helmholtz方程和修正Helmholtz方程的具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，和分别表示如下：
6.根据权利要求3或4所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，在步骤S2中，采用一维非均匀有理B样条基函数对二维横截面各边界进行模型
7.根据权利要求6所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，在步骤S3中，获得液体晃荡的基于Helmholtz方程的等几何边界元法矩阵方程的步骤具体如下：
8.根据权利要求6所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，求解所有边界控制点上传播模式和耗散模式的速度势的具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种带多个开孔结构的储液装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种带多个开孔结构的储液装置，其特征在于，所述液箱本体为半径为r的筒状本体，所述开孔结构为半径为l的筒状结构，在若干个所述开孔结构，其中一个所述开孔结构设置在所述容积空间的中心处，其余的所述开孔结构均匀分布在以所述容积空间的中心为中心，(r+l)/2为半径的圆上。
3.一种如权利要求1或2所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，其步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种带多个开孔结构的储液装置的受力计算方法，其特征在于，在步骤s1中，将满足laplace方程的三维液体晃荡分析转化为在储液装置的二维横截面上求解helmholtz方程和修正helmholtz方程的具体步骤如下：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：臧全胜，牛永定，钟燕辉，张蓓，李晓龙，刘俊，叶文斌，刘小锋，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。