弹性液舱内液体晃荡研究

朱仁庆,李 辰,顾思琪

(江苏科技大学 船舶与海洋工程学院,江苏 镇江 212003)

随着全球能源需求的不断增长,超大油轮和浮式生产储油轮装载量越来越大;同时液化石油气船、液化天然气船需求量不断增加.载液船舶海上航行安全性问题愈加凸显,其中弹性液舱内液体晃荡更为人们所关注[1-3].早期晃荡研究主要采用实验办法[4],但试验成本高、周期长、操作复杂,试验的数量和规模都受到较大的限制.自从上个世纪80年代以来,各种研究液体晃荡的方法不断涌现[5-8],同时随着计算机技术的飞速发展,三维非线性晃荡问题研究得以实现[8-11],并且液体晃荡的数值模拟精度也在不断提高,结果更加可靠.近年来,人们开始对弹性液舱内的液体晃荡进行研究[1-3],但主要关注小幅激励下的液体晃荡现象.而文中将对弹性液舱内液体的大幅晃荡进行模拟,分析液体在强非线性运动下,弹性液舱与液体晃荡的相互作用.

1 ANSYS求解流固耦合问题

1.1 流体运动控制方程

假设舱内液体是粘性不可压缩流体,则根据船舶流体力学理论[2],液体晃荡运动控制方程由质量守恒的连续方程、动量守恒的运动方程组成,即

(1)

(2)

1.2 结构运动控制方程

假定结构是线弹性的,相对于其平衡位置作刚体运动和变形.结构经有限元离散后的动力学方程为

(3)

1.3 流固耦合算法

弹性液舱晃荡问题是双向流固耦合问题.文中采用迭代耦合的方法求解流固耦合问题,其主要思路是流体方程和结……