[发明专利]一种浮板抑波结构抑制罐内液体受迫波动对整车行驶安全性影响的研究方法

权利要求书

1.一种浮板抑波结构抑制罐内液体受迫波动对整车行驶安全性影响的研究方法，采用ANSYS FLUENT流体动力学分析软件和实体模拟试验相结合的方法进行试验研究，流体动力学分析软件的应用为实体模拟试验台的搭建和试验方案设定提供一定的参考依据；其特征在于方法步骤如下：

(1)ANSYS FLUENT流体动力学分析软件；

a.前处理阶段；运用GAMBIT前处理软件，建立椭圆形、圆形和改进方形罐体3维模型，并进行网格划分、边界条件和区域设定；

b.求解器求解；运用FLUENT求解器求解，选择FLUENT求解器和计算模型，设置操作环境和边界条件，定义流体的物理性质，求解方法的设置及控制，最后进行迭代计算；流体计算模型用Navier-Stokes方程，湍流模型采用标准两方程模型，求解数值方法为Reynolds时均方程加湍流模拟，流体域顶部和两侧均采用无滑移的壁面条件，采用Scable WallFunction壁面函数法对k-ε两方程模型在近壁区的流动进行修正；固体计算采用Transientstructural；

c.迭代计算；显示压力、速度等值线云和速度矢量图，分析浮板抑波结构和罐内液体波动影响因素之间的关系；

(2)浮板抑波结构实体模拟试验台；

a.测试装置及用途，安装测力传感器、加速度传感器、液位计和高速摄像机测试装置，试验台可实现对储液罐体进行往复振荡激励；测力传感器安装至罐体承载小车前段，实时测量由液体受迫波动所产生的惯性力，通过软件读取相关数据；加速度传感器安装在承载小车上，实时测量承载小车加速度变化情况；液位计和高速摄像机等测试装置，实时观测罐内液体受迫波动时自由液面变化情况，并测得装有液位计的液面高度；

b.试验罐体选用；根据相似性理论，等比例缩小储液罐罐体尺寸，制造椭圆形、圆形和改进方形罐体，罐体采用透明材料制作，便于观测罐内液体自由液面变化；

c.试验方案设定；根据试验设计及其优化相关方法，设计不同充液比和外部激励强度条件下的试验方案，对三种不同截面罐体内浮板抑波结构进行试验；

以充液系统动力学、流固耦合动力学、计算流体力学、消浪结构及机理、摩擦学、车辆系统动力学、优化算法和试验设计及其优化等相关理论为指导，通过实体模型试验、计算机仿真和数学模型相结合的方法，构建液罐汽车浮板抑波结构流固耦合系统模型，研究浮板抑波结构对液罐汽车液体受迫波动的抑制作用；技术如下：

1)根据充液系统动力学和流体动力学相关理论，利用Hamilton原理，建立罐内液体浮板抑波结构流体动力学模型，确定罐内液体浮板抑波结构对罐体液体受迫波动影响因素之间的关系；通过ANSYS FLUENT流体动力学分析软件，对浮板抑波结构进行流场分析；

2)根据计算流体力学和摩擦学相关理论，提取并确定浮板抑波表面形态结构，对浮板抑波结构表面形态进行研究，研究表面形态结构参数与罐内液体流速和波能的相关性，利用ANSYS Workbench软件对浮板抑波结构表面形态进行流固耦合计算，为了更好地满足计算所需的精度，而且能够节约计算时间，模拟模型采用标准k-ε模型，标准k-ε模型的方程如下：

湍流动能方程为

湍流耗散方程为

其中

式中：μ_t为湍动黏性系数，C_μ为k-ε湍流模型常数，k为湍流动能，ε为湍流耗散率，ρ为流体密度，P_k为湍动能生成项；

3)运用流固耦合动力学和车辆系统动力学理论；建立液罐汽车整车动力学响应模型，与浮板抑波流体动力学模型进行流固耦合，构建液罐汽车浮板抑波结构流固耦合系统模型，明确浮板抑波结构对液罐汽车制动效能、侧向加速度和横摆角速度等评价参量的影响关系。