双气室式液阻减振器阻尼特性的三维流-固耦合有限元仿真分析

利用双气室式液阻减振器的较精细三维流-固耦合有限元仿真分析模型获得了减振器的高速阻尼特性,并进行了实验验证。系统地分析了双气室式液阻减振器在不同初始气室容积、初始充气压强下的高速阻尼特性,并与相应的单气室式液阻减振器的阻尼特性进行了对比。单气室式液阻减振器压缩室内气室会增加压缩行程中油液的空化可能性,双气室式液阻减振器可克服这一问题,但会导致行程初期阻尼力的延迟反向。选择较小气室容积、较大充气压强的参数匹配方案可获得较好的阻尼特性;阻尼力反向迟滞时长比值随活塞振动频率的增大而增大;在活塞位移幅值相同的工况下,压缩行程迟滞阻尼力比值随频率的增大(2.5～15 Hz)而减小,伸张行程迟滞阻尼力比值随着活塞振动频率的增大先增大(2.5～10 Hz)、后减小(10～15 Hz)。该研究结果对于双气室式液阻减振器的设计具有重要意义。     

基坑开挖降水的三维流-固耦合分析

简要介绍了FLAC3D分析流-固耦合问题的模型特性和基本理论。建立基坑开挖模型,将基坑分步开挖降水划分为三个阶段,运用数值模拟软件FLAC3D对基坑模型的开挖降水过程进行三维流-固耦合计算。分析并得到了基坑开挖过程中孔隙水压力的变化规律、稳定流状态下的渗流场速度特征以及降水分析过程中地面沉降量和基坑底部隆起量的变化规律,并分析讨论了孔隙水压力与土体变形的相互作用,这些结论对工程设计和施工具有一定的参考价值。     

激光冲击波驱动悬臂梁的流-固耦合动力学分析

提出采用激光冲击波驱动液体介质中悬臂梁使其产生运动的驱动方式.为了解激光冲击波驱动悬臂梁的运动特性,在统一考虑结构与液体性质的基础上,采用有限元方法,比较了单脉冲激光冲击波驱动真空中和水中悬臂梁的振动输出,并对多脉冲激光冲击波驱动悬臂梁进行了有限元仿真.结果表明:液态介质使悬臂梁振动频率大大降低,衰减加快;在多脉冲作用下,悬臂梁振动幅值在第一个脉冲后有所增大,增幅可达到40%.分析结果显示:在激光冲击波作用下,悬臂梁在其安全范围内可以获得较大的变形量,这表明用激光冲击波驱动悬臂梁可实现符合要求的的运动.     

某尾矿库三维流固耦合稳定性分析

为了解决尾砂滩面在渗流力的作用下可能产生较大沉降的这类问题,采用了三维流固耦合数值模拟计算的方法,分析评价此尾矿库达到一定标高后坝体在静态、动态和渗流条件下的尾矿稳定性.研究结果表明:坝体达到最终标高后,静态稳定性安全系数2.48,具有较大安全余量;在堆积坝体表面上三种不同排渗措施的情况下,侵润线的平均埋深满足规范要求;在0.05 g地震力作用下,尾矿库能够保持稳定.研究结论为初步设计及施工图设计阶段提供依据.     

排气歧管流固耦合热仿真分析

针对某发动机可靠性试验时排气歧管出现局部开裂问题进行了仿真研究.首先建立流固耦合模型,应用试验所得流场边界条件,计算得到排气歧管温度场及热应力热变形分布.仿真结果表明:排气歧管开裂失效处温度较高、热应力较大导致塑性变形增量大于1%而产生热疲劳破坏.最后根据仿真结果对排气歧管结构进行改进达到减小热应力和塑性变形的目的.     

煤层气非饱和流阶段非稳态流固耦合渗流的一维摄动解析解

煤层甲烷运移包含渗流场、变形场和应力场的动态耦合过程 ,考虑到渗流过程中水 气两相不溶混流体与固体耦合作用 ,建立了非饱和水流阶段非稳态渗流问题的流固耦合数学模型 ,对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行解析求解 ,并讨论了其压力动态特征 ,分析了压力随饱和度S及时间t变化的情况和气相以及耦合作用的影响 .图 4,参 6 .     

鞋涉水问题的多体动力学与流-固耦合系统建模及仿真分析

工程应用问题分析常涉及多体动力学与流-固耦合联合仿真,行人在湿路行走时的鞋涉水问题正是此类问题之典型,多系统联合仿真建模及完整的鞋“涉水-出水”过程模拟分析,对工程应用中类似复杂耦合问题的仿真分析具有良好的参考价值. 本文基于Adams/View建立人体下肢多体动力学模型以模拟行人步态,将之作为鞋运动的边界条件;而后建立鞋涉水过程的流-固耦合模型,采用耦合欧拉-拉格朗日方法（CEL）以可视化的方式分析鞋详细的“涉水-出水”过程,确定整个过程可分为排水、推水、水膜生成、水膜破裂和完全出水5个阶段. 最后,对运动鞋、平底鞋进行涉水仿真,对比各个阶段的体积分数云图、水域速度云图和系统动能变化,采用涉水时间和消耗能量大小为涉水性能评价指标,发现平底鞋的涉水性能弱于运动鞋.     

船用螺旋桨流固耦合振动特性分析

在船舶航行中,应避免激振力的频率与螺旋桨叶片固有频率接近而产生的共振,达到避振效果.分别使用直接耦合数值计算和瞬态激励实验方法,研究了某实桨叶片在空气中和浸入静水域中的固有流固耦合(FSI)振动特性.结果表明:数值计算与实验结果吻合较好;直接耦合法具有精度高和收敛性好的优点.根据工程实际要求,提出了螺旋桨叶片首阶振动频率的经验公式,估算精度满足要求,具有节省时间、提高效率的优点.     

非稳态原位热解扶余油页岩热-流耦合模拟

采用热-流耦合分析模式,对水力压裂之后扶余油页岩储层的传热导流渗透能力进行数值模拟,发现流体主要沿油页岩层理方向形成地裂隙流出,但是随温度的增加,孔隙度增大也会有少许流体从油页岩的原生孔隙流出,渗流场压力在同一截面自裂隙垂直于油页岩层理向两端呈现下降趋势;流体对油页岩地层热量的传导主要是沿裂隙方向进行.加热时间增长,裂隙两侧油页岩裂解,孔隙度增加,氮气向油页岩储层的扩散速度也得到了提高,加热至40d之后,裂隙周围油页岩首先达到裂解温度,加热至60~100d,油页岩层的平均温度自500K提升至650K,整个油页岩能够被有效热解.     

三维圆柱体-弹性板非线性流固耦合数值计算

采用彼得罗夫-盖尔金有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续盖尔金有限元法进行离散.使用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法分别求解流固两相,进而将其应用于流固耦合问题的数值计算.根据一系列的网格划分方案,通过改流体和固体网格之间的网格数量系统地进行了网格收敛性测试,同时将开发的求解方法应用于三维标准的圆柱体-柔性板问题,并与文献中标准解进行对比.结果表明:开发的求解器在流固耦合问题中具有较好的准确性和可靠性.     

基于流-固耦合理论的搅拌反应器机械特性

采用欧拉模型与k-ε湍流模型,利用ANSYS软件中的Fluent模块分析反应器内部的流体特性,计算搅拌器的驱动扭矩与功率;应用流-固耦合理论,利用Static Structural模块计算搅拌轴及桨的应力与挠度。结果表明:单跨与悬臂约束方式的搅拌器内部流体特性一致,采用2种约束方式的搅拌轴及桨的应力最大值点位置相同,均在上层六直叶圆盘涡轮的桨叶与圆盘连接处,其中单跨、悬臂约束方式的搅拌轴及桨的最大应力值分别为22.37、26.44 MPa;采用单跨约束的主轴、搅拌桨应力最大值分别为悬臂约束的62%、84.6%;采用单跨约束的搅拌轴及桨的挠度最大值点在上层桨桨叶末梢,悬臂约束的在下层桨桨叶的末梢,其中单跨约束的搅拌轴及桨的变形量最大值为0.45 mm,悬臂约束的为1.67 mm;采用单跨约束的主轴、搅拌桨变形分别为悬臂约束的10.7%、26.9%。     

汽车油箱流-固耦合模态及对外辐射噪声的仿真分析

以某款SUV车用油箱为研究对象,采用流-固耦合有限元和边界元分析方法,在Virtual.Lab仿真平台上分别对油箱的干模态、湿模态以及装满燃油时的流-固耦合模态进行仿真计算,得到3种情况下的油箱模态频率变化规律,并给油箱施加一定频率范围的激励力,研究其对外辐射噪声水平。结果表明,油箱干模态和湿模态的频率相差不大,而装入燃油后油箱的耦合模态频率大幅降低,油箱对外辐射噪声的高频成分得到很大衰减,但低频噪声成分有所增加。     

单叶式主动脉瓣流固耦合仿真与力学性能分析

目前,单叶式主动脉瓣(Unicuspid Aortic Valve, UAV)的研究大多集中在对患者的相关疾病进行统计分析,而对其力学性能的研究较少。本文通过COMSOL有限元软件,建立了基于任意拉格朗日-欧拉法的三维UAV流固耦合模型,分析了不同条件下的UAV在整个收缩期的血流动力学特征。首先,通过对Poiseuille流和圆柱体后弹性梁流致振动的仿真,验证了所建立模型和算法的有效性。随后,对UAV问题进行了流固耦合仿真和较为深入地力学性能分析。结果显示,UAV相较于正常主动脉瓣表现为狭窄,具有过高的跨瓣压差以及流体剪切应力;低血流流量下的UAV在具有低血流速度和低跨瓣压差的同时表现为狭窄;钙化程度的加剧会造成UAV再狭窄,形成一个恶性循环。     

多锥结合壳流固耦合稳态动力响应分析

针对二维弹性波的反演问题，给出了一个同时重建三个弹性常数的层析成像方法，通过选择不同入射方向和偏振态的入射平面波，实现了三个参数的解耦，得到了相应的加权滤波反投影公式，并对一简单算例进行了数值反演模拟．     

多锥结合壳流固耦合稳态动力响应分析

采用结构超级元和流体元分析了流场中多锥结合壳受简谐振力作用下的动力响应，利用广义变分原理推导流固耦合系统运动方程。用模态综合法求解系统稳态动位移和动应力，对算例进行了讨论。     

地下储油岩库稳定性的三维流固耦合分析

地下储油岩库具有洞室规模大,空间结构复杂,地下水渗流作用等特点,针对流固耦合对储油岩库整体稳定性的影响、复杂交叉结构的空间受力变形特征及掌子面推进的空间影响范围等问题,应用FLAC3D大型工程软件对地下储油岩库稳定性进行三维流固耦合分析.研究结果表明:地下水渗流与应力的耦合效应使洞库围岩强度弱化,塑性区及洞周围岩变形均明显增大,串联洞与主洞室的交接部位是设计与施工的关注点,尤其是主洞室拱部与其他结构的交接部位;交叉结构的存在使掌子面推进的空间影响范围扩大到两个主洞室间距的2倍左右,洞室围岩的受力变形规律对小的开挖步长不十分敏感.     

基于ADINA的重力坝流固耦合动力特性分析

主要探讨了固体与水体相互作用下的动力特性。首先进行纯固体结构的自重以及频域计算,其次结合Westergarrd理论方法,采用ADINA-FSI方法完成重力坝的全流构耦合计算研究。探究了水体的存在下的坝体应力以及水体对结构的自振频率影响。计算结构表明:流构耦合模型计算结果,结构大部分位移较小,更能反映水体-固体相互作用的要求,从而得出一些有价值的成果供工程设计参考。     

颅内Willis环三维稳态及非稳态血液动力学计算

为了解颅内Willis环中正常与非正常情况下的血液流动状况,帮助临床医生更深入了解Willis环的作用,利用核磁共振成像数据以及计算机辅助设计软件建立了一系列三维Willis环的计算模型,其中包括医学上常见的一些变异、病变症状.给出了在各种物理模型下的血液定常稳定流和非定常脉动流的仿真结果,包括血液流量分配和壁面剪切应力的分布,证实了在Willis环内动脉粥样硬化病变与低的壁面剪切应力有关.该项研究对于临床治疗脑血管疾病具有重要指导作用.     

重力场内流体-纤维流固耦合分析

为了研究计及重力场的流体与柔性体耦合的动力行为,探究其动力学内在规律,基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)、浸入边界法(immersed boundary method,IBM)和动量交换原理(momentum exchange,ME)结合的ME-IBMLBM理论,采用有限差分法(finite difference method,FDM)对二维空间里受重力场影响的单根柔性纤维在均匀流场中的运动特性进行了数值模拟,探究了不同流体速度(U_0)、纤维长度(L_x)和线密度(M)下单根柔性纤维在多场耦合作用下的动态响应。研究结果表明,在一定的U_0、L_x、M条件下,一端固定柔性纤维运动在多场耦合作用下有稳态与非稳态两种基本运动形式,与实际情况相符。根据模拟数据分析,发现纤维可在以下三种多场耦合模型中呈现稳态运动:(1)若U_0=0. 02、L_x=30,M应小于0. 2;(2)若M=0. 25、U_0=0. 02,L_x应小于26;(3)若M=0. 3、L_x=36,U_0应大于0. 06。     

螺旋桨流固耦合特性的数值模拟

基于ANSYS Workbench平台,利用其多场分析功能,采用求解RANS方程的方法,利用CFX求解器对螺旋桨3维流场进行数值模拟,利用有限元求解器计算螺旋桨结构响应,并将有限元求解器的设置输出为结构求解子程序,供CFX计算时调用以实现数据的实时双向传递,从而将流体计算与结构变形计算耦合起来,给出一种求解螺旋桨流固耦合问题的3维数值模拟方法,并通过与试验数据的比较验证了方法的可靠性.设定2种材料特性,对螺旋桨的水动力性能、桨叶变形及应力应变特性等进行了数值模拟.结果表明:材料特性对变形及应变较为显著,弹性桨的变形与应变较刚性桨约高1个量级;变形后的螺旋桨又对水动力性能及周围流场产生影响,弹性桨的推力和转矩均比刚性桨小.