ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 534.12:621.642.2

Техническая механика, 2015, 4, 92 - 102

НЕЛИНЕЙНЫЕ КОЛЕБАНИЯ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ В ГОРИЗОНТАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ БАКЕ

Н. Е. Науменко, М. Б. Соболевская, С. А. Сирота, А. Д. Николаев, И. Д. Башлий

      Баки, частично заполненные жидкостью, являются неотъемлемой составной частью многих современных объектов транспортного машиностроения, авиационной и ракетно-космической техники. При движении таких объектов интенсивные внешние воздействия приводят к появлению колебаний жидкости, сопровождающихся различными нелинейными эффектами, которые оказывают существенное влияние на динамику конструкций. В статье приведены результаты экспериментальных исследований и конечно- элементного моделирования пространственных колебаний свободной поверхности жидкости в горизонтально расположенном цилиндрическом баке при гармоническом возбуждении конструкции бака. Цель исследований – определение закономерностей нелинейного поведения жидкости. Для экспериментального определения собственных пространственных колебаний свободной поверхности жидкости в баке использован метод свободных колебаний. Математическое моделирование проведено с помощью метода конечных элементов. Определены собственные частоты и формы доминирующих тонов (поперечных и продольных) колебаний свободной поверхности жидкости в зависимости от уровня заполнения бака. При немалых амплитудах колебаний свободной поверхности жидкости исследованы явления, связанные с проявлением нелинейных свойств системы “конструкция бака – жидкость”: ограничение амплитуд колебаний свободной поверхности жидкости; асимметрия профиля волны и разрывы сплошности жидкой среды, находящейся во взаимодействии со стенками полости; круговые колебательные движения. Установлено, что полученные путем математического моделирования собственные частоты и формы колебаний свободной поверхности жидкости удовлетворительно согласуются с данными проведенных экспери- ментов. Показано, что математическое моделирование пространственных колебаний позволяет определить причины возникновения сложных форм колебаний свободной поверхности жидкости.

Свободная поверхность жидкости, цилиндрический бак, пространственные колебания, нелинейный эффект, собственная частота, экспериментальные исследования, математическое моделирование, метод конечных элементов.

1. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания / В. В. Пилипенко. – Киев : Наукова думка, 1989. – 316 с.

2. Динамика жидкостных двигательных установок и продольная устойчивость жидкостных ракет- носителей / В. В. Пилипенко, В. А. Задонцев, Н. И. Довготько, Ю. Е. Григорьев, И. К. Манько, О. В. Пилипенко // Техническая механика. – 2001. – № 2. – С. 11 – 37.

3. Науменко Н. Е. Построение математической модели гидроупругого взаимодействия жидкости с упругим трубопроводом / Н. Е. Науменко, Л. П. Котелина, С. И. Филиппюк // Динамика и управление движением механических систем : Сб. науч. тр. – Киев : Наукова думка, 1992. – С. 3 – 9.

4. Науменко Н. Е. Исследование переходных режимов в трубопроводе при кавитационном течении закрученного потока жидкости / Н. Е. Науменко // Гидрогозодинамика энергетических установок : Сб. науч. тр. – Киев : Наукова думка, 1982. – С. 109 – 115.

5. Пилипенко В. В. Расчетно-экспериментальный метод определения податливости и размеров кавитаци- онной полости в закрученном потоке жидкости в круглой трубе / В. В. Пилипенко // Космические исследования на Украине. – 1982. – № 3. – С. 19 – 26.

6. Богомаз Г. И. Динамика железнодорожных вагонов-цистерн / Г. И. Богомаз. – Киев : Наукова думка, 2004. – 224 с.

7. Богомаз Г. И. Колебания жидкости в баках. Методы и результаты экспериментальных исследований / Г. И. Богомаз, С. А. Сирота. – Днепропетровск : Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины, 2002. – 306 с.

8. Микишев Г. Н. Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость / Г. Н. Микишев, Б. И. Рабинович. – М. : Машиностроение, 1971. – 564 с.

9. Abramson H. N. Dynamic behavior of liquids in moving containers / H. N. Abramson. – Washington, 1966. – 467 p. – (NASA; SP-106).

10. Луковский И. А. Математические модели нелинейной динамики твердых тел с жидкостью / И. А. Луковский. – К. : Наукова думка, 2010. – 407 с.

11. Timokha A. A multimodal method for liquid sloshing in a two-dimensional circular tank / A. Timokha // J. Fluid Mechanics. – 2010. – Vol. 665. – P. 457 – 479.

12. Развитие сложных пространственных колебательных движений жидкости в цилиндрическом баке при резонансном возбуждении системы “конструкция бака – жидкость” / Г. И. Богомаз, С. А. Сирота, И. Д. Блоха, А. Д. Николаев // Техническая механика. – 2007. – № 1. – С. 81 – 89.

13. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) / К. Ли. – Санкт-Петербург : Питер, 2004. – 560 c.

14. Численное моделирование свободных пространственных колебаний жидкости в емкостях сложной конфигурации / И. Д. Блоха, Г. И. Богомаз, А. Д. Николаев, С. А. Сирота // Науковий вісник НГУ. – 2006. – № 5. – С. 75 – 80.

Copyright (©) 2017 Н. Е. Науменко, М. Б. Соболевская, С. А. Сирота, А. Д. Николаев, И. Д. Башлий

Copyright © 2014-2018 Техническая механика