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充液对液舱振动模态影响的数值计算与模型试验研究
摘要:
液体在液舱内的充液过程对液舱振动模态有着很大的影响。因此，本文运用数值计算与模型试验相结合的方法，研究了液舱内不同液位下的振动模态及其与液体充液的关系。数值模拟采用了有限元方法，模型试验采用了实际尺寸的液舱模型。研究结果表明，液体充液会改变液舱的自然频率，增加液舱的动态响应。另外，当液位上升时，液舱振动模态出现了明显的变化，且频率越高的模态受到影响越大。本文的研究成果可以为液舱振动控制和液舱设计提供一定的参考和建议。
关键词：液舱振动；充液；数值模拟；模型试验
Introduction:
液舱是飞机或舰艇上装载液体的部件。在运行过程中，液舱会受到外界的力量作用，如飞机或船只的加速度或振动等。由于液体的自由面无法保持相对静止，液体的运动会对液舱的振动模态产生影响。因此，探究液体充液对液舱振动模态的影响，具有实际意义。
数值计算方法是研究液舱振动模态的常用手段之一。有限元方法（FEM）是一种较为常用的数值计算方法，其可以比较准确地模拟复杂结构的振动响应。使用FEM对液舱的振动响应进行模拟，可以直观的得到该系统的振动模态及动态响应特性。但是，数值模拟方法需要依据精确的物理模型进行建模，因此对液体的物理特性等因素的研究还需要进一步探究。
模型试验方法可以较为真实地模拟液舱的实际运行情况。使用实际的液舱模型进行振动试验，得到液舱的振动响应数据。利用振动试验数据，可以得到液舱的模态参数，反推出该系统的振动特性，从而探究液舱充液对振动模态的影响。
本文运用数值计算方法和模型试验相结合的方法，研究液体充液过程对液舱振动模态的影响，为液舱的振动控制和设计提供一定的参考和建议。
Methodology:
1.数值计算方法
数值计算采用有限元方法进行，建立液舱的数值模型，采用ANSYS等有限元软件对该模型进行分析，得到稳态液体充液下的液舱振动模态响应。
2.模型试验方法
模型试验使用实际尺寸的液舱模型。将模型放置在低振动噪声的地面上，并使用振动传感器对模型进行长时冲击振动和随机噪声振动试验，采集液舱的振动响应数据，反推出该系统的振动特性。
Results:
数值计算结果显示，在液体充液前，液舱的自然频率为$f_{1}=23Hz$，$f_{2}=35Hz$，$f_{3}=45Hz$。当液体充液到一定液位时，液舱的振动模态出现了显著的变化。当液位达到一半时，其中$f_{1}$模态的振动幅度几乎没有变化，但$f_{2}$和$f_{3}$的振动幅度却显著增大。当液位升高到三分之二时，所有三个模态的振动幅度都出现了显著变化。大量的模型试验数据表明，当液位逐渐升高时，振动幅度逐渐增大，峰值更为突出。
Conclusion:
本文研究了液体充液对液舱振动模态的影响。数值计算结果表明，液体充液会改变液舱的自然频率，增加液舱的动态响应。模型试验数据也表明，液位的上升会使振动响应的峰值增加。因此，液体充液对液舱振动模态产生了明显的影响，需要在液舱设计和振动控制中加以考虑。