[發明專利]一種帶圓弧形格柵的儲液罐及其受力計算方法

有效

• 申請號: 201810022048.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108001891B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 葉文斌;林皋;劉俊;臧全勝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B65D90/52
• 分類號: B65D90/52;B65D90/02;B65D90/00;G06F30/23
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種帶圓弧形格柵的儲液罐的受力計算方法，其特征在于，所述的儲液罐包括罐壁(1)、罐頂(2)、格柵(3)、注液口(4)、罐底(6)；所述的格柵(3)為圓弧形；格柵(3)和罐壁在任意橫截面同心；格柵(3)與罐頂(2)以及罐底(6)連接；格柵(3)為開孔結構，根據實際情況選擇格柵(3)張開的角度；注液口(4)在罐壁(1)的下部，用于向儲液罐內注入液體(5)；

所述的受力計算方法，包括以下步驟：

設儲液罐的罐體半徑為b，圓弧形格柵半徑為a，張開角度為θ，圓弧中心位置為β，其孔隙影響系數為G；儲液罐內液體深度為H；儲液罐底端固定，并在X方向承受x＝Ae^-iωt的晃蕩位移，其中A為晃蕩位移幅值，ω為晃蕩頻率，t為時間；液體密度ρ，重力加速度g；

第一步，將圓弧形格柵看作一個完整的虛擬圓柱形格柵，實際圓弧形格柵處的孔隙影響系數為G，虛擬圓弧格柵處其孔隙影響系數設置為無窮大；將整個流域劃分為兩個計算子域，第一個計算子域為虛擬圓柱形格柵形成的圓柱域Ω_Ⅰ，第二個子域為虛擬圓柱形格柵與儲液罐罐體之間的圓環柱域Ω_Ⅱ；

第二步，采用速度勢函數Φ(x,y,z,t)表示每個子域中的流體：

Φ(x,y,z,t)＝φ(x,y,z)e^-iωt；

上式中的φ(x,y,z)滿足三維拉普拉斯方程并可表達為：

其中，上式右端項中第一項代表傳播模態對總速度勢的貢獻，第二項代表非傳播模態對總速度勢的貢獻，其中φ₀(x,y)和φ_m(x,y)分別滿足亥姆霍茲方程和修正的亥姆霍茲方程，k₀和k_m(m＝1,2,…,∞)滿足色散方程；x,y,z表示三維笛卡爾坐標；

同時，設Ω_Ⅰ和Ω_Ⅱ中的速度勢分別用φ_Ⅰ和φ_Ⅱ表示，則各個子域之間應滿足的耦合邊界條件為：在儲液罐罐體上，滿足φ_Ⅱ,n＝iωAcosθ；在格柵處滿足φ_Ⅰ,n＝-φ_Ⅱ,n＝iωG(φ_Ⅰ-φ_Ⅱ)+iωAcosθ，其中，i為虛數單位，φ_Ⅰ,n和φ_Ⅱ,n為速度勢的法向導數；

第三步，應用比例邊界有限元方法，得到關于φ₀(x,y)和φ_m(x,y)的比例邊界有限元控制方程，如下式所示：

其中，為關于φ₀(x,y)和φ_m(x,y)的節點值，E₀,E₂為系數矩陣，ζ＝k₀bξ，ξ為比例邊界有限元坐標中的徑向坐標；

第四步，解比例邊界有限元控制方程即可得到φ₀(x,y)和φ_m(x,y)的節點值，并由此可得到各個子域的速度勢函數，并根據疊加原理求得總場速度勢；

第五步，待總場速度勢求出來后，液體速度、波面高度和動態壓力可分別由以下表達式確定：η＝iωφ/g，p＝-ρΦ_,t；系統所受總力可按下式計算：其中為結構單位長度上受到的力。