1、PDF外文：http:/ 1 - 中文 5500 字 液体的晃动对液灌车辆性能的影响 M. Toumi , M. Bouazara , M.J. Richard 摘要： 本文的目的是研究装有液体燃料的罐装汽车动态性能和稳定性。液体晃动所产生的力和力矩是导致罐装汽车不稳定的一个重要原因。 在本文中，一个基于 Navier-Stokes 方程简化的液体晃动的分析模型，使用全仿真复杂的 Navier-Stokes 方程建立的数字模型与简化的分析模型相比，比较突出的是有效性假设分析模型。结果显示良好的相关性下单或双变道和转弯演习。在本文的第二部分，一
2、个完整 的动态车辆加上液体分析模型。模拟结果与刚性的车辆货物进行了比较。 关键词 罐装车辆 Navier-Stokes 方程 体积流体技术和液体晃动的影响 1 引言 晃动是液体储存的潜在干扰源容器。刚性容器中的液体运动在过去几十年来一直是许多研究的主题。在几个工程学科的频繁应用：携带液体燃料的车辆的晃动在飞机和悬索桥的应用 ；油在大型储罐的晃动 ；水储存振荡和因地震核燃料的振荡。关键是震荡具有复杂和强烈的非线性。众所周知，部分填充液体的货运车辆的方向稳定性的极限明显
3、低于由于车辆和刚性货物之间的晃动。从一 个方向产生的力和力矩机会产生相当大的动态负载转移这是由于部分填充液体车辆内的液体晃动。动态负载变化会对部分填充液体车辆产生不利的影响。危险品被找出时，它会对公路安全和环境造成影响。 应用于化学品运输罐车遇到的由于产品的重量密度以及关于轴重的法律而导致有不同程度的部分填充，而用于燃料运输遇到的部分填充则是因为传递路线的限制。当车辆重量和几何尺寸增加的时候，罐装车中的液体的晃动或者运动也会显著增强。重型车辆的液体晃动可使纵向和横向的稳定性和可控性明显减弱，同时也会对容器的结构产生压力（鲍尔， 1975年）。液罐车 操控性和稳定性取决于某些因素而非
4、车辆的正常运输方式。这些因素包括车辆几何特征 ；重心的高度（ cg） ；填充程度 ；横向和纵向加载过程中如典型的公路机动的转变转向，制动和变道 ；液体结构的动态相互作用。各种事故分析研究报告显示，罐式车单一车型事故比刚性的货运车辆更频繁。据报道 40的道路事故涉及油罐车单一车型事故（马特森等人， 2004年）。近 50的单一车辆事故和多个涉案车辆在事故中近 80至少一人死亡。大多数单一车辆事故发生在转弯时，其中 52导致翻车。 除了重型车辆设计因素，罐式车动态稳定的限制，直接关系到动态负 载变化。 在制动或转向时遇到的动态负载变化是一个复杂的液体晃动的作用，如罐体的填补
5、程度，车辆几何尺寸，整车重量和尺寸，悬架和轮胎属性。对一个移动的容器中液体的晃动性能的研究涉及高度复杂的动态建模和分析。 Slibar 和 Troger（ 1977）有特点的在晃动液体的集中质量上 - 2 - 增加线性弹簧和粘滞阻尼器。艾布拉姆森（ 1966年）在开放式欧拉方程的基础上建立类似的机械模型，来研究飞船燃料罐中由于横向运动而产生的液体晃动。 Mallikarjunarao（ 1982）曾调查汽油运输中使用的双油轮配置的车辆方向性和晃动的动 态响应特性，这项研究利用了三维罐式车的模拟。然而，这项研究中，没有考虑部分填充条件下的影响，即这个罐式车被认为是完全满的
6、或空的，车辆的性能。 波波夫（ 1991）利用有限分歧的方法建立了液体运动模型。他还研究了罐式车辆的形状优化。这项研究得出的结论是一些低粘度液体的振动可以认为不会衰减。 Ranganathan（ 1993）， Nichkawde 等。（ 2004年）模拟了固定质量有规律摆动的液体的晃动 。 运动的质量用来模拟第一流体运动的影响 。 固定质量模拟惯性和剩余的液体的重量 。 为修正参数，他利用了 Budiansky 方程（ 1960），这个方程是利用简单的质量来描述液体的动态效果和动态晃动响应。 这项研究中的分析和数值模型，制定了基于一些假设的
7、Navier-Stokes 方程分析模型。在第二部分中，一个完整的，简化的车辆模型将被建立。他还会加上液体模型体系统。 2 液体分析模型 这项工作的目的，包括在开发一个简单的完整的模型，表示罐式车辆在各种条件下，液体的晃动。各种条件下液体的晃动，都可以实现。一个典型典型的例子：沿着一条直线的或转弯时纵向和横向运动（ Grundelius， 2001年）。目前的研究液体运动方程 被称为纳维 Stokes方程。然而，通过这些方程不能得到解决分析。建立一个理想的模型需要在弗兰德森（ 2005年）的工作基础上假设一个小振荡 。 下面一节介绍应用与液体
8、的流体 Navier-Stokes 方程。这是一个系统的三维非线性偏方程。第一个方程描述了质量守恒。 10t V 对于粘性液体由牛顿动量方程得： 2t 2 FVVPVVV 其中 是液体的密度 ； V 代表速度， P 是压力 ； 是 运动粘度 ； 代表因子体积压缩和 F 是外部机构的力量。 为了发展这种分析模型，需要一些假设。在这项研究中，我们假定液体是不可压缩（ = 0）和没有粘性的粘性（ = 0），这样，纳维 -Stokes 方程组，将成为欧拉方程。 31t0 FPVVVV ， 如果自由
9、液体表面低速移动，那么可以认为它是静止的平衡（ V= 0），我们得到的表示自由表面的方程形式： - 3 - 4,10,10 zyxiaxPFP ii 从方程（ 4）衍生的方程，将有下列形式： 5dzadyadxadzzpdyypdxxPdP zyx 其中（ x， y， z）（ ax， ay， az），分别为液体质量中心的坐标和加速度。 液体在未装满液体的容器中的运动引起的动态负载转移是从其中心的纵向和横向的位移的变化矩阵来评估的。本研究中所使用的方式是计算质心坐标，即圆形或椭圆形部分罐体在横向（ oyz）平面的质心坐标。转弯时
10、横向加速度相同，但液体负载的加速度方向与此相反，从而导致液体在横向平面内的运动。 假设可以忽略纵向加速度和液体的晃动频率， 以及液体自由表面上的空气压力表面上，散装液体的减速度可通过梯度计算出。 方程（ 5）可变为： 6ta nz ozy 其中角度 ，由图 1表示如下。 图 1 图 1 部分填充液体车辆自由表面的横向加速度和侧倾角 质量中心的转移和变化惯性矩阵是按体积分，公式为： 73,2,1, 22 kjidVxxIV dVxxiVkjiiVi 积分极限是罐体几何方程和自由曲面方程之间的交点如图 1（ y1， z1）和（ y2， z2）。假设液体体积是不变的，这些参数的计算基于横向加速度输入和填充程度。
