中文摘要：

本项目拓展半解析方法在流-固耦合动力学分析中的应用，研究较为复杂流-固耦合系统的动力学特性。以带有刚/柔隔板的典型柱形容器为研究对象，计入容器的弹性变形和液面的线性/非线性晃动并考虑流体阻尼的影响。将复杂流体域划分为若干个简单子域，对各子域流体的边界条件进行分解，求出各组边界条件下子域流体速度势的解析解并叠加，由流体界面间压力相等和运动协调条件连接各子域速度势的解，在速度势函数中引入速度奇异项分析挡板内缘处的涡旋阻尼。当自由液面小幅线性晃动时，用Galerkin法消去液面方程中的空间变量。当自由液面有限幅值非线性晃动时，以液体小幅线性晃动的振型函数为基空间对液面波高函数作展开，利用多维模态理论，将无穷维模态系统简化为有限维模态系统进行求解。用实验数据验证理论分析的正确性和计算精度。研究成果可应用于大型储液罐的抗震设计以及大型油气输运工具和携液航天器的动力学特性分析。

结论摘要：

柱形容器是石油化工业中的常用设备，主要用于液态产品和液态原料的生产与储运，容器内流体的晃动对于结构的安全性有着重大影响，渡槽是工程中常用的水工建筑物，主要用于输水、排水和通航，渡槽内流体的晃动对其安全性有重大的影响。安装防晃板是抑制流体晃动响应的一种既经济又有效的简便方法。 本项目首先研究带环形刚性隔板圆柱形容器内流体的线性晃动问题，创造性地提出了求解复杂域内流体晃动特性的流体子域法。分析了隔板、容器和流体的尺寸参数对流体晃动特性和动力响应的影响。在此基础上，进一步研究了水平激励下流体的动力响应问题，将流体速度势表达为刚体速度势和摄动速度势的叠加，引入广义坐标用流体线性自由晃动模态对摄动速度势做展开，得到一系列单自由度的动力响应方程。深入讨论了隔板尺寸参数对流体晃动响应的影响，分析了隔板对流体晃动的抑制作用。 将流体子域法应用于带环形弹性隔板圆柱形容器内流体的线性晃动问题，用弹性隔板的干模态对其湿模态进行展开，由弹性隔板的动力学方程和自由液面波动方程共同导出流-固耦合系统的动力方程，详细分析了隔板参数、容器参数和流体参数对流-固耦合系统动力学特性及响应的影响。 将流体子域法拓展到流体的非线性晃动领域，研究带环形刚性隔板圆柱形容器内流体的大幅晃动问题。分别研究了流体的非线性自由晃动响应和非线性受迫晃动响应，详细讨论了隔板参数以及外部激励参数对液面非线性晃动响应的影响。 采用半解析法研究截面任意形状的柱形和环柱形储液罐内分层流体的动力学问题，得到截面任意形状的柱形或环柱形储液罐内单层流体或分层流体动力学特性的高精度解。 将概率密度演化理论引入流体晃动响应研究，给出了流体晃动概率密度演化的基本分析步骤，通过算例验证了使用该方法进行流体晃动研究的可行性及精确性，给出了波高响应的均值与方差，求解了不同隔板位置、不同隔板尺寸下最大波高出现的时间及波高最大值。 进行了罐体模型的设计、加工、安装及激振器激励调试；对模型中流体的固有频率进行测量；通过输入定频激励测量不同隔板位置、不同隔板尺寸下罐中流体的晃动波高，试验结果与理论结果一致，得到了隔板影响流体晃动响应的一般性规律。 基于流体子域法，研究了单边带隔板和两边带隔板矩形截面渡槽内流体的动力学特性及其地震响应，分析了隔板参数对流体晃动动力的影响。