坝体—库水相互作用的流固耦合分析

采用Ansys中的声学流体单元模拟库水,进行了某重力坝与库水的流固耦合分析。考虑了库底吸收系数对坝库耦合系统动力响应的影响,计算结果表明：库底吸收性显著降低了动水压力,吸收系数越大,效果越明显;位移反应也有所减小。比较了Ansys与Adina的计算结果及效率,结果表明：两者的计算结果基本一致,Adina的计算效率高于Ansys,但Ansys的前后处理较Adina高效。     

考虑流固耦合的矩形渡槽动力分析

针对大型矩形渡槽的动力分析问题,建立流固耦合(FSI)系统的位移-压力(ui,p)有限元格式,固体域以位移为自由度,流体域以压力为自由度,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI的(ui,p)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学计算模型,采用模态分析法和拟静力法分别求解6种水深(空槽、1/4水深、半槽水深、3/4水深、设计水深、满槽水深)下渡槽的动力特性和动力响应.计算结果表明,基于FSI系统的(ui,p)格式,考虑了槽体与水体的相互作用,提高了计算精度,同时也得出不同水深下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律.     

基于流固耦合的叶片动力特性分析

在考虑耦合流场与旋转预应力条件下,建立了对应的叶片流固耦合系统的动力特性方程.采用ANSYS与FLUENT对整体叶片的耦合模态进行了计算,并利用实验获得气流压力脉动数据,对叶片振动进行了瞬态分析.结果表明:在旋转预应力与耦合流场压力作用下,叶片模态频率约有9Hz的上升,模态振型的最大位移位置点转移,振动方向改变,前三阶相对振幅分别从29.128,19.400,44.566下降到28.945,19.285,44.562;叶片最大变形和加速度位于前缘的上端,最大应力点集中在叶片根部一侧.     

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。     

输流管道流固耦合非线性动力学分析

利用有限元软件，采用ALE法对输流管道流固耦合非线性动力学特性进行计算分析．得到耦合处及其附近流体各向速度随时间变化曲线，在某一时刻管内任意横截面处的速度分布和管子在垂直流速方向上的振型，及管子在耦合作用下的振动频率．为提高设计阶段对振动特性预测的精度、保证管路系统的运行可靠性提供了参考．     

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。     

考虑流固耦合的渡槽结构半主动控制研究

基于渡槽结构流固耦合动力分析模型,采用结构振动控制原理中的限界Hrovat最优控制算法,进行了南水北调工程某大型渡槽结构变阻尼半主动控制研究;通过建立大型渡槽的动力分析模型及运动方程,对比计算了大型渡槽在无控、半主动控制和主动控制3种工况下的地震响应差异,计算结果表明:主动变阻尼控制装置能有效降低考虑流固耦合的渡槽结构纵向地震响应;限界Hrovat最优控制算法能有效跟踪和实现主动最优控制力.     

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.     

基于流固耦合的磁流变减振器特性分析

针对磁流变减振器示功特性出现畸形的问题,首先采用Hypermesh软件建立磁流变减振器的液体模型和固体模型,将模型导入ADIAN液固耦合软件并建立流固耦合模型,并通过减振器台架示功特性试验验证了流固耦合模型的正确性;采用该流固耦合模型分析了不同速度、不同磁场及不同氮气压力下的内部速度分布和压力分布,通过对不同氮气室压力的减振器内部压力场仿真,合理选择了磁流变减振器内的氮气压力,避免了减振器示功特性出现畸形。这一磁流变减振器特性分析方法为避免磁流变减振器示功特性出现畸形提供了理论依据。     

流体控制阀的流固耦合特性

控制阀阀芯型线方程对阀前后压差有着重要的影响.基于有限元分析软件ANSYS,建立了控制阀的仿真模型,并对不同阀芯型线的模型进行了仿真分析,得出了不同阀芯型线对阀前后压降的影响.同时,在考虑流固耦合作用下对控制阀阀体进行了应力分析.通过耦合场分析,可以避免应力集中,提高阀体的使用寿命,优化设计阀体结构.     

ALE Fractional Step Finite Element Method for Fluid-Structure Nonlinear Interaction Problem

Interaction problems can be dividedinto externalfluid problems such as wave forces on offshore struc-tures,floating bodies,wind acting on building,bridges,etc.,and internal fluid problems such aswhen a fluid is contained inside a duct or vessel.Inthess fluid-structure interaction problems,the phe-nomena are nonlinear:not only because the governingequations of thefluid are nonlinear,but alsothe char-acteristics of the motion of the coupled system willchange in accordance withthe amplitude of the…     

弹体水中自振特性的有限元分析

鱼雷及潜射导弹在水中的自振特性直接影响它们的水弹道,而其自振特性不仅受流体动压力的影响,还受不同水深下的静水压力的影响。为研究类似结构在水中的动态特性,将结构及其周围有限域内的流体组成一个耦合系统,依据流体力学、结构动力学及变分原理推导了结构-流体耦合系统的动力学方程,进而给出了考虑介质影响的结构动力特性的数值方法。建立了液体浸没弹体的有限元模型,利用非对称法分析了弹体结构的静水模态。结果显示静水模态的固有频率比干模态有较大下降,振型类似;用考虑初应力刚度的有限元方法计算了不同水深对导弹自振特性的影响,所得结果和方法可供流固耦合方面的研究参考。     

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.     

Impact Dynamics of Supercavitating Projectile with Fluid/Structure Interaction

As supercavitating projectiles move at high speed, the periodic impacts ("tail-slap") on the interior surface of the cavity generally occur due to disturbances. The interactions between the projectile and the water/cavity interface are the sources of structural vibrations, which affect the guidance of the vehicle and undermine the structural reliability. The Fluid/Structure Interaction calculation procedure of the tail-slaps of supercavitating projectile is established, and the dynamic behaviours of the projectile operating in tail-slap conditions with and without considering Fluid/Structure Interaction are obtained and compared. The responses of the projectile riding a reducing cavity are studied, and the effect of Fluid/Structure Interaction is also analyzed. The results show that the angular velocity of projectile increases as the body slowing down, and the amplitude of the elastic displacement response decreases at the beginning and increases when the cavity size is close to the diameter of the tail of projectile. The effect of Fluid/Structure Interaction reduces the amplitudes and frequencies of the impact loads and the vibration responses of the body, and when the speed is higher, the effect is more apparent.     

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。     

支护结构与上部结构共同作用的分析研究

研究了支护结构对上部框架结构一筏基一地基的共同作用体系的作用，建立了共同作用体系有限元模型。利用有限元分析程序Super SAP，对考虑与不考虑支护结构、不同土质和不同支护桩长度和刚度作了对比计算。结果表明：考虑支护结构后基础沉降计算值减少，但同时基础的内力计算值增大；支护结构可以分担建筑物的部分荷载，影响地基承载力。通过对支护结构的作用效果分析，对实际工程设计提出了一些有益的结论。     

拉伸弹簧与扭转弹簧模拟动态网格方法分析与改进

分析了基于拉伸弹簧模拟的动态网格方法及其组合形式在非结构化网格和结构化网格中应用的优缺点,并引入网格尺度修正系数,以加强弹簧模拟方法对大扭转变形的适应能力,通过NACA0012翼型流场非结构化网格和正弦振动平板流场结构化网格两个算例验证了分析结果,表明了修正系数的有效性,并且发现使用修正后的扭转弹簧和拉伸弹簧模拟的组合更能保证网格质量,同时在大变形下需要使用网格光顺方法以提高网格质量。     

充液弹性管束流固耦合系统模态分析

作为一种新型换热元件,弹性管束结构与管内流体构成了一个典型的流固耦合系统.考虑流体的可压缩性,用有限元法的位移－压力格式对管束－流体耦合系统进行离散,建立了系统的振动控制方程.在此基础上分别对管束结构、管内流体和管束－流体耦合系统进行了模态计算.结果表明：由于流体与结构的相互作用,不但弹性管束结构和流体本身的固有频率和振型发生改变,而且一个子系统的振动还会迫使另一子系统产生新的振动模式.不同密度的流体对结构频率改变的影响程度不同.因此,在研究管内充液弹性管束的动态响应时必须考虑流体与管束结构的相互作用影响.     

生理参数条件下传输性负载对流固耦合管道流场的影响

为了揭示人体血管中流体-固体-负载之间的耦合关系,通过理论推导和双向流固耦合的方法,建立了一个完备的人体血液循环系统模型,推导了血压振幅的理论解。改变出口条件和管壁弹性模量,共计算了8个算例。模型成功模拟了压力波传播的现象,压力与生理实际符合。结果表明：人体生理循环系统中血压的振幅由压力波传播性质决定,血管内压力的模拟结果与理论解相互吻合,负载在流固耦合系统中会产生二次压力波,压力波和负载为血管的力学模型中需要考虑的2个重要因素。