液体晃动问题广泛存在于航空航天、船舶水运、公路交通和铁道运输等载运工程领域,贮箱内的液体晃动产生的动态晃动力和力矩会严重影响载运工具的操纵稳定性与行驶安全,因此长久以来对各类液体晃动的研究均备受国内外学者们的高度关注。本文将以工程中最为常见的卡西尼贮箱内液体晃动问题的实验设计、晃动性能分析和晃动抑制方案设计等为研究内容,主要在以下方面开展具体研究:首先,针对带充液贮箱的运载工具中液体晃动问题,设计了一种可以实现晃动力和晃动力矩准确测量的液体晃动实验平台。依据实验目的对传感器分布、实验平台结构和晃动实验流程进行了设计分析。通过设计不同的实验分别对力传感器的灵敏度、静态性能和动态性能进行了实验验证。重点利用最小二乘法对力传感器采集到的整体动态数据进行处理,消除固件惯性力和零均值测量误差的影响,并得到由贮箱内液体晃动产生的非平衡晃动力和晃动力矩的无偏量估计值。以纵置卡西尼贮箱为例,分别采集不同频率简谐外激励下贮箱内的液体晃动力和晃动力矩,并将实验结果与CFD仿真结果进行对比分析。结果表明:二者不同方法得到的晃动力和晃动力矩的幅值变化趋势和振荡周期均能良好的吻合,进一步验证了所设计实验平台的准确性和可靠性。其次,设计非满载纵置、竖置和横置卡西尼贮箱在受到不同频率简谐外激励时的晃动实验。其中,纵置贮箱实验将实验结果与CFD仿真结果对比分析,描述了驻波、一阶共振、旋转和多阶混合等多种晃动行为和动力学特性。在对比中发现,当发生剧烈旋转晃动时CFD仿真与实验存在较大差异。竖置贮箱实验对旋转行为进行细化、设计实验探究了旋转行为差异产生的原因,并研究了不同充液比对旋转激发频率范围的影响。横置贮箱实验描述了对冲这一现象。再次,深入研究了纵置贮箱的晃动特性。首先分别使用理论法、单频率激励实验法和自由衰减实验法测出在不同充液比条件时贮箱的一阶固有频率,对比3种方法所得结果,验证单频率激励实验法的准确性。进一步探究了充液比对晃动特性的影响,研究了横置卡西尼贮箱沿X轴方向的最大晃动力与充液比的关系。而且发现横置卡西尼贮箱仅在低充液比时存在旋转行为。紧接着研究了幅值对液体晃动力、晃动行为等特性的影响。又通过对比圆柱形贮箱与纵置卡西尼的晃动特性,验证了CFD仿真不能准确、有效的模拟横向力和纵向力比值较大的剧烈旋转晃动。最后,在以上实验的基础上得到纵置卡西尼贮箱的危险充液比和危险频率。构建带防晃板的贮箱模型,对模型的流体域填充危险充液比和施加危险频率以进行仿真分析。改变防晃板的参数,通过对比不同情况下晃动力的大小来探究防晃板参数对防晃效果的影响,并结合研究结果对液罐车防晃板设计提出了合理建议。其中防晃板的参数包括防晃板开孔面积、开孔形状、开孔中心高度、防晃板曲率、防晃板倾斜角和防晃板数量。