考虑流固耦合效应的结构辐射条件

考虑流固耦合效应后,声辐射场具有一些新的特点,其中最重要的是对应的外问题存在着复特征值,而且势函数不再满足经典的Sommerfeld条件。本文光给出球壳的球对称辐射的例,以说明这些新的特点;随后给出在一般情形下的一个新的辐射条件。     

流固耦合作用下控制阀的稳压分析与设计

研究钢厂废煤气流场作用下大型压力控制阀的稳压问题,分析了影响压力稳定的结构因素,利用Pro/E建立了控制阀的几何模型,采用CFX进行流场计算,ANSYS进行结构计算,并利用两者间的数据交互平台传递流场压力载荷和结构位移数据,实现了流固耦合数值仿真计算。计算结果表明,阀芯结构及开度是影响压降的重要因素,且外接管与控制阀通径之比越大时阀前阀后压降越小。研究结果为控制阀结构的优化设计和测试分析提供了重要依据。     

基于流固耦合模型的隧道施工数值分析

地铁隧道施工将不可避免地扰动岩土体,破坏原有地下水渗流场与应力场的平衡状态,从而引起地表沉降和变形,影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用,这些问题都涉及地下水的问题.从地下水与岩土体耦合共同作用角度来分析和研究隧道施工引起的地面沉降问题,运用FLAC3D有限差分程序进行数值模拟,并把数值模拟的结果与工程实测曲线进行比较.     

可压缩射流冲击板结构的流固耦合动力学分析

为了获得可压缩射流冲击下板结构的流固耦合动力学特性,在双渐近法的基础上,针对射流问题的特殊性,将射流冲击问题的边界条件引入到双渐近方法的计算中,形成了种新的适合于工程计算的数值方法.通过研究发现,冲击过程中,板的中心处会产生很大的冲击压力,并探明影响此压力的因素主要有冲击水柱含气量、板的材料、水柱横截面积、水柱头部形状和水柱速度.     

基于流固耦合的骨架膜结构优化

为了实现骨架膜结构的优化设计,基于ANSYS平台考虑了膜结构在风荷载作用下的结构变形对建筑表面风压分布的影响,采用双向流固弱耦合的方法对某低矮类膜建筑在不同风向角下的定常风场特性与其围护骨架膜结构的风致结构受力进行了研究,并以此为依据采用响应面法对骨架膜结构中各杆件的截面尺寸进行了优化.结果表明：仿真所得建筑表面风压分布与同类模型风压实测数据、风洞试验数据以及国家相应规范吻合较好;不同风向角下骨架膜结构的受力状态不同,其中90°风向为该结构的最不利工况;采用响应面法得到了该骨架膜结构中各杆件的截面尺寸对结构受力的影响关系,并将该结构整体质量降低了14.73%.     

流固耦合输流管系统的动力学分析及参数影响

为了探究航天器供能系统中输流管系统的动力学问题,建立了输流弯管的有限元模型,并进行流固耦合模态分析,研究了输流管壁厚、管径及弯角角度对其固有频率的影响.另一方面,选取星载质子交换膜燃料电池系统中的一段输流管,进行非定常流输流管动力学响应分析,研究了阀门安装位置和壁厚对管道动位移和应力值的影响.数值结果表明:流固耦合作用降低了输流管的固有频率,随着输流管壁厚的增大,输流管固有频率逐渐增大,输流管管径和弯角角度对输流管的低阶固有频率影响较小,但对高阶固有频率有较大影响;流体的非定常流动会导致管壁动位移值和应力值产生突变,管道动位移幅值和应力幅值受阀门安装位置影响很小,但出现应力极值的位置随其变化而变化;随着输流管壁厚的增加,输流管动位移幅值和应力幅值减小.     

基于投影浸入边界法的流固耦合计算模型

针对建立的刚体和流体相互作用的浸入边界法数学模型,借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想来求解基于浸入边界法的耦合系统方程.在空间离散上,对流项采用Quick格式,扩散项采用中心差分格式.时间推进采用显式欧拉法,固体对流体的作用力源项引入流体体积(VOF)方法中的体积比函数,通过龙贝格算法高效求解每个网格单元中浸入刚体所占的体积比.利用VC++编写投影浸入边界法的数值计算程序,并以单圆柱绕流为基准数值算例,通过与其他文献和实验结果的对比,验证了数值计算结果的准确性和可靠性,并进一步分析了不同雷诺数下圆柱绕流场的涡结构分布特征.     

脑出血中豆纹动脉出血易发点的流固耦合分析

建立了大脑中动脉M1段与豆纹动脉(LSA)管壁/血液耦合模型。采用有限元法,利用ANSYS WORKBENCH中Transient Structural和CFX相互结合的专用流固耦合算法Fluid Solid Interface实现结构分析和流体分析的双向耦合计算,其中假设血管壁为各项同性线弹性体,血液为不可压缩牛顿流体,用有限元方法对大脑中动脉段M1段与豆纹动脉血管内的血流情况进行了数值模拟,在给定进出口血压条件下模拟出豆纹动脉弹性管壁压强、应力、应变分布与血液流场分布,并由此构建了豆纹动脉近似等强度模型。临床显示颅内压增高与血压增高可导致脑部丘脑部位供血不足,即豆纹动脉末端流速减慢。在近似等强度模型下,通过对比分析发现:随着豆纹动脉末端流速的减慢,豆纹动脉内血压增高,且距离末端越近,血压增高幅度越大,导致末段附近等效应力大幅度提高,形成管壁破裂易发点,即为豆纹动脉出血危险部位,与临床统计的脑动脉出血高发部位相吻合。     

基于流固耦合界面数据传递模型的水电站厂房流激振动分析

在现有大中型水电站机组普遍存在水力振动的情况下,如何建立一套完善的水力-厂房耦合振动模型,特别是适用于大型复杂工程计算的流固耦合界面数据传递模型,并以此来进行水电站厂房流激振动的预测,是厂房振动方面亟待研究的课题。 本文探讨了国内外常用的几种流固耦合数据传递插值算法的优劣,将近年来在航空、地形学、医学等领域广泛应用的C2紧支径向基函数插值方法进行了优化与改进,改善了该插值方法存在的精度和效率之间的平衡问题,并基于此建立了厂房流固耦合数据传递模型,进行了水电站厂房流激振动分析。 分析结果表明,当流体网格数远大于结构网格数时（5倍以上）,局部插值法的最大误差控制在工程应用可接受范围内,在网格量巨大的相关工程计算中可以考虑使用局部插值法以节省时间成本;改进后的C2紧支径向基函数可以进一步减小误差,提高精度,在大型复杂耦合界面数据传递中具有很大的优势;流道中压力脉动以叶片通过频率为主,水轮机叶片与导叶间静动干扰所引起的流体脉动压力对厂房整体结构振动影响较为明显。     

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。     

基于Euler-Bernoulli梁模型输流管道流固耦合振动分析的快速算法

根据Ham ilton变分原理导出了基于Eu ler-Bernou lli梁模型的输流管道流固耦合振动的变分方程,采用快速算法求解了耦合系统自由振动的固有频率、临界流速和临界压力,讨论了支撑刚度、流体流速与流体压力对耦合振动的影响,验证了该算法的准确性。研究结果表明,输流管道的固有频率、临界流速和临界压力随支撑刚度的增加而提高,而固有频率则随临界流速、临界压力提高而降低。文中算例则表明该快速方法具有计算准确、高效便捷的特点,为工程上输流管道的快速设计提供了有力工具。     

考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型研究

为了揭示流固耦合作用下的煤矿底板陷落柱突水机理,基于破碎岩体渗流理论、固液两相流、地下水动力学等理论,建立了考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型.采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法对颗粒迁移作用下陷落柱的渗透特性进行了研究,得到了陷落柱孔隙率、渗流速度、孔隙水压力、流体中颗粒体积分数、涌水量等参数随时间变化规律.结果表明:随着时间增加,陷落柱充填颗粒在流固耦合作用下不断被侵蚀成悬浮颗粒并迁移流失,流体中颗粒体积浓度剧增后骤减;陷落柱的整体渗透性起初增加较慢,随着颗粒的不断迁移流失,孔隙率、渗流速度、涌水量快速增大后趋于稳定.     

流固耦合系统的位移-压力(u_i,p)格式在U型渡槽抗震分析中的应用研究

针对大型U型渡槽槽形特征和抗震设计问题,建立了适于U型渡槽流固耦合(FSI)系统动力分析的位移-压力(u_i,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI系统的(u_i,p)格式建立渡槽槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了4种水深下渡槽的动力特性,并用隐式-显式积分算法计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应.计算结果表明,基于FSI的(u_i,p)格式,考虑到槽体与水体的相互作用,适应曲边FSI边界条件.简化了计算模型,提高了计算精度,同时也得出不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律等结论,可为大型渡槽及同类工程抗震设计提供参考.