● 摘要
流固耦合动力学是研究固体在流体作用下的变形以及该变形对流场的影响这二者交互作用的一门科学。液体推进剂贮箱结构在运载火箭中占大部分体积和质量，其振动特性对整个火箭的振动特性有着很大的影响，越来越得到重视。本文介绍了基于位移－压力有限元格式求解流固耦合问题的一般方法。利用ANSYS提供的FSI方法以及MSC/NASTRAN提供的虚质量法，在液体不可压、无粘、忽略自由液面影响的前提下，建立模型并计算了不同液体深度的充液柱壳流固耦合系统的固有频率和模态；将液体作用等效为附加质量，分别建立了弯曲、纵向两个方向的等效质量壳模型，将其所得的频率、模态与FSI模型和虚质量模型的结果在弯曲、纵向两个方向均进行了比较，得到了三种不同方法对流固耦合系统固有振动特性的一致解答，指出了三种方法各自的优缺点，验证了将液体作为附加量的等效方法的可行性。在此基础上利用MPC技术，对等效质量模型进行了改进，实现了横、纵等效模型的统一。此外，还利用ANSYS计算了考虑液体可压性时流固耦合系统的频率、模态，并将其与液体不可压情况作了比较，分析了液体可压性对结果的影响。本文的最后对附加质量的具体表达式就几类典型的流固耦合问题进行了归纳总结和一些推导。本文的结论对某些工程流固耦合问题，尤其是贮箱类流固耦合系统固有振动问题的简化具有参考价值。