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喷雾机药罐液体纵向晃动等效力学模型建立与应用

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农业机械学报 2023年第1期54卷 173-182,195页

作者：陈雨路力权张军昌陈军胡宸玮曹佳宇西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100

针对高地隙自走式喷雾机在复杂工况下,药罐液体发生的纵向晃动对整机平顺性及作业质量影响难以探明的问题,基于液体晃动动力学特性及机械模型等效准则,建立了可描述药罐液体纵向晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型,并利用力学等价原则,... 详细信息

针对高地隙自走式喷雾机在复杂工况下,药罐液体发生的纵向晃动对整机平顺性及作业质量影响难以探明的问题,基于液体晃动动力学特性及机械模型等效准则,建立了可描述药罐液体纵向晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型,并利用力学等价原则,对模型参数进行了求解。应用Fluent流体仿真软件建立罐内液体晃动仿真模型,并通过台架实验验证了其仿真结果能够反映真实的液体晃动冲击作用。应用Matlab/Simulink软件,建立等效力学数值解析模型,结合Fluent仿真结果对比分析了充液比为0.1、0.5、0.9时液体纵向晃动作用在容器壁的力矩变化规律,验证了所建等效模型的准确性。将所构建的等效力学模型应用于喷雾机垂向动力学特性分析,得到药液晃动和药液质量变化对整机行驶平顺性有较大影响且充液比为0.8时整机行驶平顺性较差的结论。

关键词：喷雾机液体晃动等效力学模型 Fluent

高地隙喷雾机药箱液体晃动的等效力学模型研究

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石河子大学学报（自然科学版） 2023年第1期41卷 15-20页

作者：王伟军冯静安张鹏宋宝石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

药液晃动是导致高地隙喷雾机侧倾失稳的重要因素。为准确预测药箱内液体晃动行为,本文提出一种单摆-质量-阻尼等效力学模型来模拟药箱内液体晃动行为。首先基于Adams虚拟样机仿真模型输出药箱所受随机加速度激励,并以此激励在Fluent中... 详细信息

药液晃动是导致高地隙喷雾机侧倾失稳的重要因素。为准确预测药箱内液体晃动行为,本文提出一种单摆-质量-阻尼等效力学模型来模拟药箱内液体晃动行为。首先基于Adams虚拟样机仿真模型输出药箱所受随机加速度激励,并以此激励在Fluent中建立药箱液体受迫晃动模型,进行数值模拟液体晃动,获得了冲击力和冲击力矩与随机加速度的关系;然后对矩形截面药箱液体晃动进行动力学和流体力学分析,获得等效力学模型的相关参数,建立了MATLAB/Simulink系统仿真模型;最后通过Fluent验证了系统模型在充液比0.5时的可靠性。结果表明本文所建立的等效力学模型能够较准确地模拟液体晃动行为。

关键词：高地隙喷雾机数值模拟等效力学模型液体晃动

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非轴对称贮箱液体晃动的等效力学模型

宇航学报 2011年第2期32卷 242-249页

作者：李青马兴瑞王天舒清华大学航天航空学院北京100084 中国航天科技集团公司北京100037

针对非轴对称贮箱液体晃动问题,从一般意义上推导了作三维运动的任意三维贮箱内液体晃动的等效力学模型,采用有限元方法建立计算等效力学模型参数的数值算法,利用矩阵相似变换的性质分离液体零频以消除液体刚度矩阵的奇异性,从而将等效... 详细信息

针对非轴对称贮箱液体晃动问题,从一般意义上推导了作三维运动的任意三维贮箱内液体晃动的等效力学模型,采用有限元方法建立计算等效力学模型参数的数值算法,利用矩阵相似变换的性质分离液体零频以消除液体刚度矩阵的奇异性,从而将等效力学模型参数的计算归结为广义特征值问题和线性代数方程组的求解,具有较高的计算效率。通过非轴对称贮箱液体晃动的算例说明,不同的等效晃动方向可能不正交,晃动平面可能不过液体质心,因此非轴对称贮箱液体晃动的等效力学模型比轴对称贮箱液体晃动的更加复杂。最后以三棱柱形充液贮箱为例,采用商用CFD(计算流体动力学)分析软件FLOW-3D验证了在贮箱作典型三维运动时等效力学模型的有效性。

关键词：三维液体晃动等效力学模型有限元方法数值验证

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平放柱形贮箱内液体晃动的等效力学模型

上海交通大学学报 2003年第12期37卷 1961-1964,1968页

作者：包光伟上海交通大学建筑工程与力学学院上海200030

以油罐车为背景,研究平放柱箱液体晃动的模态响应.采用Galerkin方法建立了贮箱平动激励下离散的液体受迫晃动方程,建立了三维受迫晃动响应的等效力学模型.首先考核了晃动特征问题有限元方法和程序的正确性.其次数值实验显示,在液体三维... 详细信息

以油罐车为背景,研究平放柱箱液体晃动的模态响应.采用Galerkin方法建立了贮箱平动激励下离散的液体受迫晃动方程,建立了三维受迫晃动响应的等效力学模型.首先考核了晃动特征问题有限元方法和程序的正确性.其次数值实验显示,在液体三维晃动的横向、纵向、混合的3种可能模态中,贮箱的横向激励仅激发液体沿横向的二维晃动模态,纵向激励仅激发液体沿纵向的晃动模态;不存在其他形式的模态响应.最后算例分析了液体沿纵向晃动的固有频率和晃动质量随贮箱长度、充液量和横截面几何形状的变化,结果表明,纵向晃动固有频率随贮箱长度而下降,晃动质量随贮箱长度而增加.

关键词：液体晃动有限元方法模态分析等效力学模型

任意三维贮箱内液体晃动的模态分析及其等效力学模型

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力学季刊 2004年第1期25卷 62-68页

作者：丁遂亮包光伟上海交通大学工程力学系上海200030

本文采用有限元方法建立了数值求解任意三维贮箱内液体晃动固有频率和模态、动力特征参数的通用程序,利用州ANSYS有限元前处理模块,使得程序的通用性达到最大化。通过对液体受迫晃动的结果分析,发现了三维晃动中贮箱外激励与模态响应之... 详细信息

本文采用有限元方法建立了数值求解任意三维贮箱内液体晃动固有频率和模态、动力特征参数的通用程序,利用州ANSYS有限元前处理模块,使得程序的通用性达到最大化。通过对液体受迫晃动的结果分析,发现了三维晃动中贮箱外激励与模态响应之间的复杂关系,并且提出了建立液体受迫晃动的等效力学模型的方法。本文以油罐车充液贮箱为例,数值研究了贮箱端部不同所引起的动力学差异,给出了晃动频率和晃动质量的变化曲线。

关键词：三维液体晃动有限元方法等效力学模型油罐车模态分析晃动频率晃动质量

基于等效力学模型下的换流变防火墙顶部电气设备地震位移分析

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武汉大学学报（工学版） 2020年第S1期53卷 269-273页

作者：魏勇雷晓标李志陈俊陈寅中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071

基于土耳其凡城600 MVA背靠背换流站工程,利用等效力学模型,建立防火墙及设备整体有限元模型,通过振型分解反应谱法分析其地震位移特征,结果显示:支柱式电气设备沿防火墙弱轴方向的振动最强,阀厅侧防火墙对换流变防火墙具有显著的约束作... 详细信息

基于土耳其凡城600 MVA背靠背换流站工程,利用等效力学模型,建立防火墙及设备整体有限元模型,通过振型分解反应谱法分析其地震位移特征,结果显示:支柱式电气设备沿防火墙弱轴方向的振动最强,阀厅侧防火墙对换流变防火墙具有显著的约束作用,设计电气设备与换流变间的连接导线时,除了必要的弧垂外,还应至少保留158.5 mm的长度裕度,以防止发生强震时因连接导线长度不足而造成的震害。

关键词：等效力学模型位移支柱式电气设备强震

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扇形铅黏弹性阻尼器的等效力学模型

工程抗震与加固改造 2016年第3期38卷 92-96,123页

作者：黄戈周云张超广州大学土木工程学院广东广州510006

为使扇形铅黏弹性阻尼器便于在有限元软件分析及工程应用中选用,根据该阻尼器的构造、材料特性构建扇形铅黏弹性阻尼器在有限元软件中的等效力学模型,并通过该模型在大型有限元分析软件SAP2000的模拟分析与试验、精细化模型进行验证。... 详细信息

为使扇形铅黏弹性阻尼器便于在有限元软件分析及工程应用中选用,根据该阻尼器的构造、材料特性构建扇形铅黏弹性阻尼器在有限元软件中的等效力学模型,并通过该模型在大型有限元分析软件SAP2000的模拟分析与试验、精细化模型进行验证。结果表明:扇形铅黏弹性阻尼器的等效力学模型的建立是可行的,能很好地对阻尼器在有限元软件中进行模拟分析。

关键词：扇形铅黏弹性阻尼器等效力学模型恢复力模型框架结构工程应用

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卫星贮箱液体晃动等效力学模型参数辨识

卫星贮箱液体晃动等效力学模型参数辨识

作者：陈青全国防科学技术大学

学位级别：硕士

液体晃动问题广泛存在于运载火箭、卫星、飞船、航天飞机和空间站等飞行器的研制中。随着航天事业的发展,这些飞行器携带的推进剂质量越来越大,液体晃动问题也越来越突出。建立卫星贮箱液体晃动的等效力学模型对卫星姿态运动稳定性和姿... 详细信息

液体晃动问题广泛存在于运载火箭、卫星、飞船、航天飞机和空间站等飞行器的研制中。随着航天事业的发展,这些飞行器携带的推进剂质量越来越大,液体晃动问题也越来越突出。建立卫星贮箱液体晃动的等效力学模型对卫星姿态运动稳定性和姿态控制系统设计具有重要意义。本文以卫星贮箱液体晃动等效力学模型为研究对象,分别采用频域内改进的多项式拟合法和遗传算法开展了模型参数辨识研究。主要内容如下:(1)给出了基于势函数的液体晃动动力学方程,运用分离变量法求解得到平底圆柱形贮箱液体小幅晃动各参数,并给出了贮箱等效力学模型参数计算公式,基于该公式对某型圆柱形贮箱液体晃动等效力学模型参数进行了计算;(2)基于Fluent软件采用流体体积函数(VOF)法开展了卫星贮箱中常见的圆柱形贮箱和矩形贮箱的液体晃动数值模拟,得到晃动液体作用于贮箱的力和力矩,为等效力学模型参数辨识提供了数据基础;(3)提出了一种时域频域相结合的改进多项式拟合法用于液体晃动等效力学模型参数辨识,以圆柱形贮箱为例,将辨识结果与上述解析解进行了比较以验证方法的可行性,最后将该方法推广到矩形贮箱的液体晃动等效力学模型参数辨识;(4)提出了一种基于遗传算法的频域内液体晃动等效力学模型参数辨识方法并将其用于圆柱形和矩形贮箱的液体晃动等效力学模型参数辨识。本文的研究对卫星贮箱的结构设计,以及对卫星贮箱液体小幅晃动情况下的等效力学模型参数获取方法研究具有一定的参考价值。

关键词：液体晃动势函数法数值仿真 VOF法改进的多项式拟合法遗传算法等效力学模型

球形贮箱内液体晃动实验及等效力学模型参数辨识研究

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球形贮箱内液体晃动实验及等效力学模型参数辨识研究

作者：李超广西科技大学

学位级别：硕士

随着我国工业的快速发展,在液体燃料和原料方面的需求日益增加,而贮箱内液体晃动问题广泛存在于航空航天、油气公路运输、核电工程等领域。从工程角度来看,贮箱内液体晃动时所呈现的复杂的非线性运动以及产生的不平衡晃动力、晃动力矩... 详细信息

随着我国工业的快速发展,在液体燃料和原料方面的需求日益增加,而贮箱内液体晃动问题广泛存在于航空航天、油气公路运输、核电工程等领域。从工程角度来看,贮箱内液体晃动时所呈现的复杂的非线性运动以及产生的不平衡晃动力、晃动力矩对贮箱及其相关结构的稳定性和安全性有着重要的影响。本文针对于球形贮箱内的液体晃动问题,主要考虑水平衡向外激励对贮箱内液体晃动的影响。以准确的测量晃动力和晃动力矩为目的,搭建了液体晃动实验平台,并推导出处理数据的计算方法;通过大量的晃动实验分析,研究了不同工况下的液体晃动行为特性;以实验数据为基础,利用CFD仿真软件进行仿真,并将结果与实验进行对比,进一步验证了实验的准确性与可靠性;利用灰箱辨识方法对液体晃动等效力学模型的参数进行了辨识。其中,具体工作如下:(1)基于流体动力学理论,给出液体晃动基本方程及边界表面控制方程,推导柱坐标下的晃动波高和速度势函数表达式;基于等效原则将贮液罐内液体晃动等效为一阶单摆模型;最后对最小二乘法的辨识原理进行了推导,为后文的液体晃动系统参数辨识奠定了基础。(2)考虑横向外激励对贮箱内液体晃动的影响,以晃动力和晃动力矩的高效、准确测量为技术手段,基于液体晃动动力学基础理论,设计一种液体晃动力和晃动力矩实时采集与分析的实验平台,并根据设计原理推导出晃动力和晃动力矩的实验数据处理和计算方法;开展大量不同工况的液体晃动实验,通过实验现象和实验数据研究晃动行为特性,为进一步研究液体晃动动力学特性的在线实时测量、晃动状态识别、晃动抑制等相关问题提供可靠的实验数据和一定的研究基础。(3)基于实际实验数据,利用商业CFD有限元软件进行仿真分析。与此同时,将多种工况的仿真结果与实验相对比,从而进一步验证了实验结果的准确性与可靠性;针对于大幅液体晃动进行了更进一步的深入讨论,分析了球形贮箱内液体大幅晃动的特性,并利用CFD软件进行了带有不同面积防晃板的液体防晃仿真。(4)基于参数化的等效单摆模型,对球形贮箱内液体晃动建立动力学方程,并将其转化为状态空间表达式;开展大量自由衰减晃动实验,将实验数据进行降噪处理后在MATLAB软件中使用灰箱辨识方法对系统参数进行辨识,并通过理论方法计算出固有频率和阻尼比的值,同时通过FFT变换得到其频谱图;将固有频率的辨识值、理论计算值、频谱分析值、实验值进行比较分析,进一步验证了辨识方法的辨识效果。

关键词：液体晃动实验 CFD仿真等效力学模型参数辨识