斜坡底贮液结构内流体晃动高度分析
发布时间：2020-11-08 09:35
贮液结构内的流体晃动广泛应用于土木、水利、石油、航天、核工业等多种领域,通常贮液结构顶部需要加盖封闭,地震来临时,流体晃动会产生竖向高度,与盖板接触后会对盖板造成破坏,因此液面距盖板需要留出一定距离。目前关于矩形贮液结构的相关研究大多限于平底面,但由于地势的多样化,当要求贮液结构底面倾斜一定角度时,有必要对此类贮液结构内流体晃动问题进行计算和研究。为得到斜坡底贮液结构顶部盖板距液面的最优距离,讨论水平激励下的流体小幅晃动问题,研究二维斜坡底矩形贮液结构内流体地震强迫线性晃动。根据线性势流理论,推导出斜坡底矩形贮液结构内流体晃动等效力学模型的解析解,大大简化了固液耦合计算,并得到流体表面最大晃动高度。运用ANSYS软件的SHELL181单元和FLUID80单元对考虑流体晃动的斜坡底贮液结构的三维模型进行建模,使用映射网格划分方法,对固体域和液体域统一划分网格,固液耦合作用分析采用直接耦合解法。假设贮液结构壁为刚性,对该模型施加水平正弦波激励,并将有限元软件模拟的计算结果与算例的解析解计算值进行比较,结果表明两者吻合较好,验证了本文给出解析解的准确性。通过对有限元模型进行分析,得到了贮液结构底面倾斜角度越大,几何尺寸越高细,流体晃动的液面波高越大的结论。
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU311.3
【部分图文】：
图１－１水库二号横截面??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ?ＮＯ．２?ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ?ｓｅｃｔｉｏｎ??
第２章墓本公式建立与埋论推导??适用于比例为的贮液结构，如果贮液结构更高，则其中流体移动的下部作为刚??体对贮液结构侧壁施加压力为：??ＰＶ＇?＝?Ｐ＾／?（２－１Ｓ）??２１２圆形和矩形贮液结构等效系统??假设具有自由液面的Ｃ液结构受到水平地面加速度《的作用，如图２４（ａ）所示，则??液体对贮液结构施加的力有两种。第一，当贮液结构恻壁来回加速时，一小部分液体被??迫参与此运动，对贮液结构施加的反作用力与通过刚性连接到贮液结构的质量所施??加反作用力相同，如图２－ｌ（ｂ）所示，质量位于髙度加上，因此它所施加的水平力与??等效液体所施加的合力共线。第二，贮液结构恻壁的运动使液体产生晃动，进而对贮液??结构施加晃动力，如图２４（ｂ）所示，该振荡力与可沿约束弹簧水平振荡的质量所施??加的晃动力相同。??■Ｊ—卜一￣ｌｊ??１??－ｒ?一，?■￣Ｖｉ—！?－＾１４—????ｆｔ?＿?＾??、■?＂．一＿?＿??ｈ，??ｉ?］Ｌ?．?■?—＾?ＩＬ．．．．????????■」??（力自由水面贮漭结构?作）质量ｓｉ箸等效系统??图２－１贮液结构等效动态系统??ＦｉｇＪＺ－１?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｄｊｕａｍｋ?ｓｊｒｓｔｅｍ?ｆｏｒａ?ｗａｔｅｒ?ｔａｎｋ??对于半径为ａ和水深力的圆形贮液结构，等效系统由以下各式指定：??ｌ．ｌＲ！ｈ??．，?？?，，?，ｔａｎＪｉ?１．８／？／Ｊ？??Ｍ，?＝０．６Ｍ??（２－２０）??ｌＥｈ／Ｒ??勾＝?５—４」！－与?（；２＿２１）??Ｍ?Ｒ１??德Ｈ?岡??ＩＳ??
第２章墓本公式建立与埋论推导??气，（２－５７）??由上式可以看出，童力加速度可以决定频率，流体自由表面会发生晃动是因为重力??的原因，童力总是将晃动的液面拉回平衡位置，所以童力的作用相当于作用在自由表面??上的恢复力，进而流体自由表面的波动也被称作＾力波＇特征函数代表了??流体自由液面第／阶晃动振型，也就是：??Ｃ，?ｓｉｎ?＾－＾ｘｓｊｒ＇?＝?Ｉ３ｓ５＆－－－??％（ｘ＝ｒ）｜ｒ＿０＝?＇?２ａ?（２－５Ｓ）??Ｄ，?ｃｏｓ?ｘ，?ｊ?—?２．４．６，??其中Ｑ、Ａ为常数。??２．２＿３贮液结构内流体的地震强迫线性晃动??一矩形ｔ液结构如图２－３所示，假设贮液结构整体承受一个水平方向的加速度激励??＆（；）作用，设ｘ方向为包（ｆ）的正方向，设液面的波髙反应为假设Ｐｆｃ液结构??为刚性体，使用相对速度势函数来表述移动贮液结构内流体的运动。在地震激励不大的??情况下，贮液结构处于小幅线性晃动，在相对坐标下，根据文献［１８］可知，流体的??强迫运动满足以下方程：??ｚ??—?〇?Ｘ??名?Ｉ??一?＼?启??营?°??ｙ?＜??Ｖ．ｙ?声??Ｉ－?５?－ｈ?３?■??图２－３受水平加速度作用的贮洧结构??Ｆｉｇ２－３?Ｌｉｑｕｉｄ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｓｔｍｃｔｕｒｅ?ａｆｆｅｃｔｅｄ?ｂｙ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ??＃〇＿：０?＋气：之叫：）Ｅ?ｎ?（２－５９）??ｄｘ?ｄｚ??州＇二－Ｑ?（２－６０）??如，－±ａ??吨?４?＝０?（２－６１）??各二?ｚ￣－Ｈ??２３??
【参考文献】
本文编号：2874605
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU311.3
【部分图文】：
图１－１水库二号横截面??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ?ＮＯ．２?ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ?ｓｅｃｔｉｏｎ??
第２章墓本公式建立与埋论推导??适用于比例为的贮液结构，如果贮液结构更高，则其中流体移动的下部作为刚??体对贮液结构侧壁施加压力为：??ＰＶ＇?＝?Ｐ＾／?（２－１Ｓ）??２１２圆形和矩形贮液结构等效系统??假设具有自由液面的Ｃ液结构受到水平地面加速度《的作用，如图２４（ａ）所示，则??液体对贮液结构施加的力有两种。第一，当贮液结构恻壁来回加速时，一小部分液体被??迫参与此运动，对贮液结构施加的反作用力与通过刚性连接到贮液结构的质量所施??加反作用力相同，如图２－ｌ（ｂ）所示，质量位于髙度加上，因此它所施加的水平力与??等效液体所施加的合力共线。第二，贮液结构恻壁的运动使液体产生晃动，进而对贮液??结构施加晃动力，如图２４（ｂ）所示，该振荡力与可沿约束弹簧水平振荡的质量所施??加的晃动力相同。??■Ｊ—卜一￣ｌｊ??１??－ｒ?一，?■￣Ｖｉ—！?－＾１４—????ｆｔ?＿?＾??、■?＂．一＿?＿??ｈ，??ｉ?］Ｌ?．?■?—＾?ＩＬ．．．．????????■」??（力自由水面贮漭结构?作）质量ｓｉ箸等效系统??图２－１贮液结构等效动态系统??ＦｉｇＪＺ－１?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｄｊｕａｍｋ?ｓｊｒｓｔｅｍ?ｆｏｒａ?ｗａｔｅｒ?ｔａｎｋ??对于半径为ａ和水深力的圆形贮液结构，等效系统由以下各式指定：??ｌ．ｌＲ！ｈ??．，?？?，，?，ｔａｎＪｉ?１．８／？／Ｊ？??Ｍ，?＝０．６Ｍ??（２－２０）??ｌＥｈ／Ｒ??勾＝?５—４」！－与?（；２＿２１）??Ｍ?Ｒ１??德Ｈ?岡??ＩＳ??
第２章墓本公式建立与埋论推导??气，（２－５７）??由上式可以看出，童力加速度可以决定频率，流体自由表面会发生晃动是因为重力??的原因，童力总是将晃动的液面拉回平衡位置，所以童力的作用相当于作用在自由表面??上的恢复力，进而流体自由表面的波动也被称作＾力波＇特征函数代表了??流体自由液面第／阶晃动振型，也就是：??Ｃ，?ｓｉｎ?＾－＾ｘｓｊｒ＇?＝?Ｉ３ｓ５＆－－－??％（ｘ＝ｒ）｜ｒ＿０＝?＇?２ａ?（２－５Ｓ）??Ｄ，?ｃｏｓ?ｘ，?ｊ?—?２．４．６，??其中Ｑ、Ａ为常数。??２．２＿３贮液结构内流体的地震强迫线性晃动??一矩形ｔ液结构如图２－３所示，假设贮液结构整体承受一个水平方向的加速度激励??＆（；）作用，设ｘ方向为包（ｆ）的正方向，设液面的波髙反应为假设Ｐｆｃ液结构??为刚性体，使用相对速度势函数来表述移动贮液结构内流体的运动。在地震激励不大的??情况下，贮液结构处于小幅线性晃动，在相对坐标下，根据文献［１８］可知，流体的??强迫运动满足以下方程：??ｚ??—?〇?Ｘ??名?Ｉ??一?＼?启??营?°??ｙ?＜??Ｖ．ｙ?声??Ｉ－?５?－ｈ?３?■??图２－３受水平加速度作用的贮洧结构??Ｆｉｇ２－３?Ｌｉｑｕｉｄ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｓｔｍｃｔｕｒｅ?ａｆｆｅｃｔｅｄ?ｂｙ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ??＃〇＿：０?＋气：之叫：）Ｅ?ｎ?（２－５９）??ｄｘ?ｄｚ??州＇二－Ｑ?（２－６０）??如，－±ａ??吨?４?＝０?（２－６１）??各二?ｚ￣－Ｈ??２３??
【参考文献】
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本文编号：2874605
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