065基于NASTRAN的贮箱结构与液体耦合.doc

基于NASTRAN的贮箱结构与液体耦合模态分析方法杨琼梁唐国安?(复旦大学力学与工程科学系,上海,200433)摘要:在理想流体及小幅度晃动的假设条件下,表征液体晃动的压力函数的控制方程可以线性化,经有限元方法离散后,便能导出结构振动与液体晃动耦合问题的二阶线性微分方程组,其中系数矩阵是非对称的。采用静态缩聚技术,方程中的液体非自由面上的节点压力可被凝聚掉。进一步用模态坐标表示液体自由面的压力向量,得到了具有对称系数矩阵的耦合方程组。最终,液体是以超单元形式出现在方程中,从而可以用NASTRAN程序求解结构与液体的耦合动力学问题。关键词:流固耦合;模态分析;有限元ModalAnalysistotheTankStructureCoupledwithliquidBasedonNASTRANYANGQiong-liang,TANGGuo-an(DepartmentofMechanicsandEngineeringScience,FudanUniversity,Shanghai200433)Abstract:Basedonhypothesisofidealfluidandsmallshakingamplitude,,--。分析结构与液体的耦合模态特性不外乎解析和数值两种方法[1][2]。解析方法适应于构型简单的结构,其中NASA技术报告[3][4]是处理液体运载火箭贮箱内液体的经典建模方法。当结构模型较为复杂时,一般只能用有限元方法进行液固晃动耦合模态分析。考虑到工程应用的实际需要,在用有限元方法分析结构-液体耦合模态时,不仅要求理论上是正?通讯作者:唐国安,******@,还要求方法能够在通用程序的框架下实现,如通用结构分析程序NASTRAN。满足这样要求的方法才便于应用、更具有可靠性,适合工程实际使用。对于小幅度晃动的结构-液体耦合问题,表征液体运动的方程可以线性化,王文亮在其著作文献中已给出了不同形式的控制方程[5],其中用液体晃动主模态表示的液固耦合控制方程具有对称性。在这组方程中,液体如同附加在结构上的超单元(也可以认为是子结构),因此能将液体表示为超单元,在NASTRAN程序中实施结构-液体的耦合分析。2小幅晃动条件下结构—液体耦合方程的基本形式假设液体是无粘、无旋的不可压缩理想