流固耦合S-型自主游动柔性鱼运动特性分析

以S-型游动鱼作为对象,采用不可压缩Neo-Hookean材料描述鱼游动过程中的柔性变形及其与流体相互作用产生推力的自主游动特性。基于浸入边界法(IBM)的有限单元(FEM)离散模型,模拟了考虑鱼体肌肉作用力效应的柔性鱼在不可压缩粘性流体中自主游动的动力学过程,分析了流固耦合柔性鱼的游动机制及柔性变形的水弹性动力学特性。研究发现:随着鱼尾部不断呈S-型往复摆动,鱼体运动速度也呈波动形状,且受流固耦合的水动力学特性控制,并与鱼体的刚度密切相关。游动过程中,在鱼头的部位首先有涡旋形成,随着鱼向前游动,这些涡旋附着在鱼体表面向后滑移,并在鱼尾末端脱落形成S-型状的尾流。S-型状尾流直接影响鱼游动的速度及稳 定性。     

超弹性柔性结构与流体耦合运动的浸入边界法研究

浸入边界法是模拟大变形柔性弹性结构和粘性流体相互作用的重要数值方法之一。该文有效结合传统的反馈力方法和混合有限元浸入边界方法,对圆柱和方柱绕流后柔性悬臂梁流固耦合振动问题进行数值模拟。其中,固体采用超弹性材料,利用有限单元法求解,流体为不可压缩牛顿流体,使用笛卡尔自适应加密网格,利用有限差分法进行求解。通过数值计算,得到柔性超弹性结构的耦合振动特性和流场动态分布特性,并将计算结果同其他文献计算结果进行比较,验证了该耦合计算方法的可靠性。