纵向激励下防波板组合形式对罐箱液体晃动的影响

第18卷 第10期 中 国 水 运 Vol.18 No.10 2018年 10月 China Water Transport October 2018收稿日期：2018-05-27作者简介：徐 毅（1991-），男，江苏科技大学 硕士研究生，研究方向为船舶与海洋工程流体性能。

不同高度防晃挡板对储罐液体晃荡的影响分析徐 毅，朱仁庆，林 文，韩 峥，夏 淼（江苏科技大学，江苏 镇江 212003）摘 要：本文利用软件ANSYS 16.0，结合流体力学理论数值模拟了储罐液体晃荡问题。

通过对于不同工况下卧式储罐液体晃荡问题的对比分析，得到防晃结构的高度（挡板的高度h 和装载的液面高度d 的比）对压力曲线、液面形状等晃荡参数的影响。

研究表明，无挡板时，液体晃荡剧烈，产生冲顶现象；当h/d=0.34时，液体晃荡幅度减小，冲顶现象消失；当h/d=0.68时，液体晃荡幅度很小，自由液面变形比较平滑。

关键词：液体晃荡；防晃结构；ANSYS 16.0；自由液面；冲顶现象中图分类号：TU311.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）10-0017-03一、引言随着液货船（包括LNG、LPG 和超大油轮等）的需求的不断上升，船舶在海上运输的安全性问题也备受关注。

船上储罐在装载部分液体运动时，更倾向于产生剧烈的晃荡。

当外部激励频率越接近液体在储罐内晃荡的固有频率时，液体的晃荡运动就会越剧烈，大量液体的运动将会在罐壁处产生高度聚集的砰击压力，反过来会引起结构破坏甚至会影响船体的稳定性。

当储罐是部分装载时就会出现自由液面，船舶运动的加速度使罐中液体产生相应的晃荡。

由于这种运动，提供了维持晃荡的能量，引起自由液面的剧烈运动。

无论从船舶整体运动性能还是储罐局部结构稳定性的角度看，这种情况都是十分危险的。

现阶段对于晃荡问题的研究大部分是怎样减缓液体晃荡的程度，在液舱的内部布置不同样式的防晃结构是减小晃荡的手段之一。

水平和竖向地震激励下大型储液罐响应分析陈贵清;刘望峰;赵晓波;梁乐杰【摘要】基于ANSYS软件建立了100km3锚固型大型储液罐模型,并对此进行了水平和竖向地震激励下的地震响应分析,地震波为EL-CENTRO波。

计算结果表明,锚固型大型储液罐内液体的晃动、应力和应变在水平地震激励下比竖向地震激励下大很多,这说明水平地震激励是影响储液罐力学性状的主要因素之一。

储液罐的应力和应变峰值发生在罐的中下部,而罐口变形较大。

%The finite element model of the 1×105 m3 anchored liquid-storage tank was set up based on ANASYS.The response of the tank in horizontal and vertical seismic excitation were analyzed,and the exciting seismic wave was EL-CENTRO wave.The results show that the sloshing of the liquid in the liquid-storage under horizontal seismic excitation is more wildly than that under vertical seismic excitation,and also the stress and strain under horizontal seismic excitation are greater than that under vertical seismic excitation.The result shows that the horizontal seismic excitation is one main factor that affects the mechanical properties of the liquid storage tank when earthquake happened.The peak values of the stress and the strain occurs at the middle or lower parts of the liquid storage tank,and deformation at port of the liquid storage tank is bigger than anywhere else.【期刊名称】《唐山学院学报》【年(卷),期】2012(025)006【总页数】4页(P33-36)【关键词】大型储液罐;液体晃动;地震激励;应力;应变【作者】陈贵清;刘望峰;赵晓波;梁乐杰【作者单位】唐山学院,河北唐山063000;河北联合大学,河北唐山063000;河北联合大学,河北唐山063000;河北联合大学,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】O353大型储液罐作为能源储运系统的重要组成部分，是能源利用、再生产和供给的重要设施。

第29卷第4期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.29，No.4 Aug.，20232023年8月晃动是一种由物体内部运动引起的自由表面现象[1]，非满载罐体中液体的晃动，会对罐体内壁产生较强的冲击力，因此，液罐车在转弯时的剧烈晃动易导致其侧翻[2]。

国内外有不少专家针对这一问题进行了相关研究。

王为等人[3]针对容器中的小幅晃动做了研究，认为此类运动属于自由表面线性运动；并基于此探讨了晃动阻尼与运动黏性系数、特征尺寸的关系；研究结果表明容器内阻尼并未对容器的整体晃动阻尼起突出作用。

贾心红等人[4]分析了液体晃动对侧翻稳定性的影响,为半挂式液罐车侧翻稳定性的研究提供了一定的理论基础。

吴文军等人[5]以球形贮箱内的液体晃动为例，进行了大量实验，并对比分析了实验结果与仿真结果。

Papas-pyrou等人[6]构建了水平圆柱形罐体的数学模型，研究在纵向外部激励下，充液比为50%时罐内液体的晃动效应。

Tetsuya等人[7]将圆柱形罐体中的液体等效为理想状态的液体，分析了弹性浮体对垂直激励的阻尼作用。

Ren等人[8]研究了弹性覆盖层的固有振型和主应变分布。

Han等人[9]基于半解析法，研究了部分填充水平圆柱形罐体的线性液体晃动的频率和振型。

Zhong等人[10]运用多频激励下圆柱形罐体中液体晃动模型的非线性控制方程，得到可能引起共振的频率组合。

Chiba等人[11]分析了液体晃动对罐体所受冲击力的影响，得到了耦合系统的频率方程。

Miao等人[12]利用激光衍射仪测量了碰撞瞬间激发的晃荡波参数，并在相同激发条件下得到了不同深度晃动波的衍射图谱。

曹占雪等人[13]基于流体子域法，研究了2个不同半径的环形刚性隔板对流体晃动频率及模态的影响。

王伟军等人[14]运用数值模拟，分析药箱防波板基于流固耦合的液罐车液体冲击力分析魏书萌，李波，贝绍轶，周丹，周鑫烨，顾甜莉（江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州213001）摘要：利用Fluent流体计算软件仿真设置液罐受到的加速度以及罐体内的充液比，分析液体冲击对罐内载荷变化的影响。

带刚性防波板罐体内液体晃动的响应分析平凯;王琼瑶;祁文超;陈馨儿【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)6【摘要】部分充液罐体内的液体在外部激励的作用下容易出现晃动现象,由液体晃动产生的附加力和力矩会对载液罐车产生不利影响。

为了避免液罐车制动时其罐内液体产生较大幅度的晃动,提出了几种类型的防波板,并研究了防波板及其几何参数对液罐车内液体晃动的影响。

首先,建立了基于有限体积法的液体晃动的数值模型。

其次,对液体晃动现象进行了一系列的实验,通过将实验获得的液面波形与同等条件下数值模拟获得的结果进行对比,验证数值模型的有效性。

最后,将验证后的数值模型用于分析防波板的几何参数对液体晃动响应的影响。

研究结果表明,开孔防波板不仅可以有效降低罐内晃动响应参数的峰值,还可以明显缩短罐内晃动液体达到稳定的时间;防波板的开孔位置和孔的数量在车辆制动过程中对罐体内液体晃动引起的纵向力的峰值影响差别不大,但是对液体晃动引起的俯仰力矩的峰值的影响比较明显;晃动响应参数峰值的下降率会随着充液高度的增加呈先下降后上升的趋势,液体晃动引起的俯仰力矩的峰值取得最大值时,防波板对罐体内的液体晃动的抑制效果最差。

【总页数】13页(P159-171)【作者】平凯;王琼瑶;祁文超;陈馨儿【作者单位】五邑大学智能制造学部【正文语种】中文【中图分类】O359.1【相关文献】1.纵向激励下防波板组合形式对罐箱液体晃动的影响2.带弹性膜的部分充液罐车罐体内液体横向晃动的瞬态响应分析3.液氧罐晃动时防波板对罐体受力的影响4.随机激励下防波板数量及组合形式对药箱液体晃动的影响5.液罐车内液体晃动对防波板的冲击仿真因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

南京航空航天大学博士学位论文贮箱内液体晃动动力学分析及结构防晃技术研究姓名：***申请学位级别：博士专业：飞行器设计指导教师：***2010-09南京航空航天大学博士学位论文摘 要　液体晃动问题广泛存在于航空航天、船舶及路面交通运输等领域。

飞机在起飞、着陆与飞行过程中，由于外加激励引发的油箱燃油的晃动会带来不利的影响：一方面，对油箱结构产生循环往复的冲击载荷，造成结构的疲劳破坏；另一方面，燃油重心的变化可能会改变全机的重心分布，影响飞机的稳定性。

目前，国内外关于飞机油箱的晃动问题研究主要集中在液体晃动对结构的破坏，并且主要依赖于成本很高的试验。

因此开展飞机油箱液体晃动的数值方法研究及油箱结构的防晃设计，具有重要的学术价值和工程指导意义。

　首先，对带自由液面的贮箱内连续、不可压缩液体的晃动进行了数学描述，建立了拉格朗日描述下的流体动力学N-S方程，阐述了结构边界和自由液面处的流体运动学边界条件及动力学边界条件，给出了贮箱壁动水压力的计算表达式，论述了弹性薄板的基本理论。

推导了N-S 方程的光滑粒子动力学（SPH）形式，给出了使用SPH方法进行水动力学模拟所需的基本条件以及相关的处理方法，对人工粘性、固壁边界处理及不可压缩流的求解问题等方面进行了探讨。

其次，采用SPH方法对国外文献中的两个液体晃动试验进行了数值模拟。

计算了棱形液舱在外加正弦转动激励下，5种工况的液体晃动特性，并与试验进行了对比，探讨了贮箱充液比、晃动周期及晃动振幅对贮箱壁压力的影响；计算了有无阻尼板矩形贮箱在加速度平动激励下液体的晃动特性，并与试验以及文献中的CFD数值方法进行了对比。

数值计算结果与试验结果吻合较好，并获得了液体大幅晃动下，波浪的翻卷及破碎等强非线性现象。

合理准确的SPH数值计算方法为飞机油箱液体的晃动计算奠定了基础。

针对A型飞机副油箱及B型飞机机翼油箱，根据飞机油箱晃动试验的要求，对两类油箱进行了5个晃动周期内的数值模拟。

汽车罐车纵板式防侧翻罐体转向时油液晃动仿真分析马齐江;程江峰;许文超;王开松【摘要】采用VOF模型对罐车转向时有纵板和无纵板罐体油液晃动进行了数值模拟,对影响罐车稳定的侧倾力矩的因素和大小进行分析.分析结果表明,无纵板罐体内油液对罐壁的作用延迟,瞬时冲击力大,与此同时油液晃动剧烈,导致其质心抬高,造成车辆瞬时侧向冲击力矩巨大;而有纵板时,纵板抑制油液晃动,抑制油液的冲击响应迅速,对罐体的最大侧向冲击力小,质心低,所以车辆侧倾力矩小.【期刊名称】《蚌埠学院学报》【年(卷),期】2017(006)003【总页数】5页(P12-16)【关键词】VOF模型;防侧翻纵板;瞬时冲击力;质心;侧倾力矩【作者】马齐江;程江峰;许文超;王开松【作者单位】滁州学院机械与汽车工程学院,安徽滁州 239000;安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】U469.61油罐车罐体多处于非满载状态，一般充液比不低于0.5，不高于0.9[1]。

油罐车在十字路口转向时，如果车速较快，油液对罐体内壁产生的瞬时冲击力，极易造成车体侧翻，带来重大交通事故[2-4]。

所以，针对油罐车转向时油液的横向冲击力的研究，找出相关影响因素，对油罐车的防侧翻控制和行驶稳定性有重要的意义。

近年来，国内外学者对油罐车中油液晃动的问题作了大量研究。

郑雪莲等研究了瞬时液体冲击工况下车辆侧倾的稳定性问题[4]；文献[5]-[6]研究了不同充液比、不同防波板面积及不同罐体半径情况下，罐车在制动工况下罐体中油液晃动动力学问题；赵树恩等研究了纵向防波板的数量和尺寸对罐体受到的液体晃动力的影响[7]；笔者所在的课题组提出了油罐车纵板式罐体的设计[8]，采用流体仿真软件Fluent对罐体内油液的冲击特性进行了初步研究。

但上述文献针对罐车有、无纵向防波板的罐体的工况下，油液对罐体的横向冲击影响因素的研究并不十分全面。

罐车制动工况液体晃动的流固耦合分析作者：暂无来源：《专用汽车》 2015年第8期张韬柯龙燕白光建中航（上海）汽车技术有限公司上海200092摘要：采用VOF模型对罐车制动过程中内部液体的自由晃动过程进行了模拟，计算得出罐体各个部分的应力分布。

计算结果表明，制动时前封头和前四个防波板受力逐渐上升，在达到峰值后迅速下降；后封头和第五个防渡板受力则呈逐渐减小的趋势。

随着与后封头距离的增大，防波板承受最大应力也相应增大，单个防波板承受最大应力位置处于底部孔边缘处。

关键词：罐车两相流液体晃动流固耦合中图分类号：U469.6+1.02 文献标识码：A 文章编号：1004-0226(2015)08-0088-04l前言罐车在行驶过程中由于加速、减速或转弯等运动状态的改变，会产生惯性力，进而引起液体的晃动，出现罐车罐体与介质的流固耦台效应。

在这种流固耦台系统的作用下，一方面可能会导致罐车的动力不稳定，另一方面罐体中介质的晃动会对罐体产生显著的压力，严重时会造成罐体结构破坏。

罐体内一般都布置有防波板或阻浪板，将罐体内的液体分成多个小舱室，在流固耦合作用下，整个罐体内液体的冲击力将由各防波板分担，因此需对防波板的受力过程进行分析，以便通过在罐体内部设置合理的防晃装置降低罐车防波板损坏的可能性。

本文使用流固耦合分析软件对罐车在紧急制动工况下罐内的油料晃动过程进行了分析计算，研究了罐体各部分受力随时间的变化趋势以及防波板的应力分布情况。

2计算模型和计算方法2.1控制方程组本文对于流体部分采用VOF多相流模型计算罐内气液两相非定常湍流流动，控制方程组包括连续性方程和动量守恒方程。

2.2罐体模型和网格划分以某型号油罐车为研究对象，其罐体模型如图1所示。

罐体由前后封头、5个防波板和罐体组成。

其中防波板将罐体分割为六个区域，区域之间通过两个开孔相连。

罐体总长约10.2 m，宽约2 3m，高约1.6 m。

计算时，坐标系固定于罐体上，原点位于罐体前封头端面底部中心位置，砖由以罐体前进方向为正方向且平行于地面，y轴垂直于地面，向上为正方向，z轴平行于地面，向右为正方向。

第35卷第1期2024年3月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.35No.1 Mar.2024液罐横截面形状对液体晃动影响分析陈益苞，赖玉军（厦门海洋职业技术学院航海学院，福建厦门361102）摘要：在Ansys Fluent软件中建立了不同横截面的液罐二维仿真模型，用准静态模型法和频率验证法来验证仿真模型的有效性。

基于Fluent软件，计算出不同充液比下，不同横截面液罐产生的侧向力、侧倾力矩和液体晃动的固有频率。

结果表明，基于Fluent的仿真法计算出的侧向力和侧倾力矩的峰值显著大于准静态值。

本文所提出的优化液罐能有效降低液体晃动产生的侧向力和侧倾力矩，并能提高液体晃动的固有频率。

关键词：液罐；液体晃动；横向稳定性；Fluent中图分类号：O35DOI:10.16375/45-1395/t.2024.01.0050引言我国是个汽车大国，对汽油和柴油的需求量大，每天都有大量运输成品油的液罐车在马路上行驶。

由于轴荷的限制、液罐内液体密度不同及沿途卸料等原因，液罐一般不会装满液体。

当液罐车急转弯时，液罐内晃动的液体会产生附加的侧向力和侧倾力矩，极容易发生侧翻事故[1]。

统计表明，在汽车事故中，约有43%的汽车会发生侧翻，其中液罐车占85%[2]。

由于液罐车质量巨大，成品油易燃易爆，每次侧翻都有可能造成巨大的人员伤亡和财产损失。

因此，研究液罐内液体的晃动，特别是横向晃动很有必要。

液罐内晃动的液体产生的侧向力和侧倾力矩大小取决于液罐的侧向加速度、侧倾角和横截面形状，以及液罐内防波板的结构、数量、液体的充液比等因素[3]。

在这些因素中，能够人为设计的是液罐的横截面形状、防波板的结构和数量。

关于防波板的研究有很多，但主要是针对液罐在纵向平面的晃动，例如，王琼瑶[4]研究了防波板开孔面积的大小、开孔的形状、孔的高度对液体纵向晃动响应的影响。