基于ANSYS-CFX的纸坊沟流域泥流运移数值模拟与单向流固耦合分析

基于ANSYS-CFX软件,采用有限体积法模拟纸坊沟流域泥流运移变化过程,得到流场流速、压力等数据.运用模拟流场数值方法对已有拦挡坝结构进行单向流固耦合数值分析计算,结果表明,坝体最大应力强度为5.69×10⁵Pa,坝体最大位移值为5.68×10^-5m;坝体顶部乡村硬化道路防护墙网格发生破坏变形,坝体总位移很小;但迎流面上部中心应力已超出坝体材质所承受最大应力,拦挡坝有出现裂缝、发生变形风险.     

深部复杂应力环境下巷道破坏固-流耦合数值模拟分析

石嘴山一矿38区 600m轨道巷的稳定情况是影响矿井下组煤正常生产的潜在问题,本文基于岩石力学实验与现场工程调查的结果,对该巷道变形机理与破坏过程及规律进行固-流耦合数值模拟分析,得出注浆锚杆(索)与喷射混凝土联合支护方式是可行的,为巷道支护设计提供了理论依据。     

高温岩体地热开发的固流热耦合三维数值模拟

针对高温岩体地热开发的工程和物理特征与国际界的相关研究现状，提出了三维裂隙网络的块裂介质固流热耦合数学模型，进而采用三维有限单元方法，进行了高温岩体地热开发过程的数值模拟计算，获得了高温岩体应力、温度及裂缝宽度的变化规律。     

混凝土搅拌车罐体及拌合物的流-固耦合数值分析

利用Pro/E建立了混凝土搅拌车罐体的简化模型,导入有限元软件ABAQUS进行数值分析,模拟搅拌时的流场和流速的空间分布以及罐体外壳及搅拌叶片的应力分布.通过CEL(耦合欧拉-拉格朗日)分析,模拟了搅拌车进料、搅拌、出料三种动态过程.研究表明,在常规运输情况下,叶片的搅拌速度能够保证混凝土的均匀性,但罐体外壳和搅拌叶片...     

三维固流耦合相似模拟理论与方法

从固流耦合的理论出发,通过建立的三维固流耦合数学模型,运用相似理论推导了三维固流耦合作用下的相似模拟准则。并通过大量相似材料配制试件的力学与渗透特性的实验,主要是其强度、渗透性、隔水性等,得出了几种典型的隔水层与含水层的相似材料配比,为今后真实再现工程实际中的固流耦合问题的研究提供模拟的理论依据及材料配比,同时介绍了作者单位研制的大型三维固流耦合相似模拟实验设备及其测试系统。     

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.     

拦砂坝工程对吐峪沟千佛洞崖体稳定性的影响

在吐峪沟修建拦砂坝对吐峪沟石窟造成了严重的破坏,崖体崩塌、倾倒在短时间内频繁发生.拦砂坝在修建过程中,导致原来强烈风化的基岩松动,诱发了崖体坍塌;拦砂坝修成以后,由于水的冲蚀和浸泡,使崖体基座的泥岩软化、崩解,造成基岩松动或局部垮塌,严重影响了上部土体和洞窟的稳定性,导致崖体在拦砂坝修成以后崩塌、倾倒频繁发生;拦砂坝内水位的频繁变化是影响崖体稳定性的重要因素.不当的水利工程是河谷地貌类型石窟寺破坏的原因之一.     

化学作用下尾矿土柱变形的流-固耦合数值模拟研究

基于之前研究中构建的考虑化学、应力、渗流作用下尾矿土柱变形的非线性耦合数学模型,运用有限差分方法对模型进行离散,用计算软件对离散后的矩阵进行编程求解。     

微重力条件下气固两相界面耦合燃的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟，考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内的传热和热解过程，给出体现两相耦合作用的相界面处理方法，还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响，为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算，数值模拟得了重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意。     

CFX4.3软件对拦油栅拦油失效的数值模拟

使用CFX4.3商用计算流体力学CFD软件数值模拟了两种拦油栅拦油失效的情形.结果表明,低粘度的油类在水流速度超过某一临界值时发生了油层流失失效;高粘度的油类在水流速度超过某一临界值时发生了临界累积失效.模拟结果与已有的文献结果相一致.文中还探讨了油-水表面张力系数对拦油栅拦油失效的影响.通过数值计算比较,发现实际的油-水表面张力系数(0.05N/m以下)对拦油栅拦油失效影响很小.在目前的条件下,应用CFX4.3软件计算得到的结果尚不能很好地显示油滴夹带失效现象,有待进一步研究.     

基于流固耦合理论土工布对尾矿坝的渗流-应力场影响分析

基于非饱和流固耦合理论,分析土工布对尾矿坝渗流-应力场的影响,以湖南某尾矿坝为背景,运用FLAC 3D(fast Lagrangian analysis of continua)软件,建立三维尾矿坝数值模型,模拟不同工况下尾矿坝的渗流-应力场影响。通过考虑耦合作用应力场和位移场对比分析,分析流固耦合作用下不同层数土工布对尾矿坝的渗流-应力影响。研究结果表明:非饱和流固耦合理论可以更为客观的分析尾矿坝的实际情况;耦合作用下尾矿坝的沉降明显比不考虑耦合作用的沉降大;铺设土工布对于减少坝体沉降量有明显的积极作用;土工布在耦合作用下的孔隙水压力明显比不考虑耦合时大,而且孔隙水压力分布较为均匀;这可以对尾矿坝的渗流-应力场的分析以及尾矿坝的设计运行提出合理建议和参考依据。     

基于流固耦合方法的快速部署浮空器数值研究

为了研究快速部署浮空器充气展开过程中的力学机理和工作特性,采用逆向折叠方法建立其折叠态模型,利用任意拉格朗日欧拉方法建立了折叠态气球整个充气过程的数值模型,结构域和流场域基于拉格朗日描述,通过接触算法描述两者间的耦合关系。分析了浮空器在充气展开过程中的外形、应力和流场变化,并将试验结果与数值结果进行对比。仿真结果表明：展开过程与高压氦气源放气特性存在时变非线性耦合,其充气时长、囊体外形时变特性等因素与试验结果基本吻合。且位于底部的蒙皮应力值最高,后续设计和制造过程中需要对底部结构进行增强。通过本文提出的数值方法可以为后续不同任务和构型的快速部署浮空器设计和优化提供参考。     

基于双向流固耦合的血管机器人外流场数值模拟

采用双向流固耦合的方法,对血管机器人的外流场进行数值模拟,为血管机器人外结构与运行参数设计提供参考.计算结果显示,伴随着血流脉动,血管的变形呈现周期性喇叭形扩大—向前传递—恢复原状,变形较大的区域主要集中在血管机器人迎流面,同时机身旋转的作用快速将血液输送至背流面,使背流面的变形比机身变形略大;进而给出了壁面剪切应力与血管变形间的关系式,揭示壁面剪切应力随血管变形而变化的规律.最后,分析了血管弹性对血管机器人推动性能的影响,结果表明,血管弹性对血管机器人推动性能影响不大.     

轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.     

碰撞倾角对碎片云分布影响的数值模拟

研究超高速斜碰撞所形成的二次碎片云的分布特性. 采用SPH与Lagrange耦合的方法计算了靶板上的穿孔尺寸随碰撞倾角的变化,并在此基础上模拟了碰撞倾角对二次碎片云分布的影响. 计算结果与实验拟合结果表明,所采用的耦合方法可以很好地模拟穿孔尺寸和二次碎片云分布;当碰撞倾角增大到60°时,法线碎片云的质心轨迹与直线碎片云的质心轨迹明显分离,并且反跳碎片云中弹丸材料的粒子数目将显著增加.     

摇荡物体周围粘性流的数值模拟

提出了一种新的求解非定常不可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值方法，在每个时间步长上采用人工可压性技术，通过对动量方程取散度，从而获得离散化的Ｐｏｉｓｓｏｎ方程，当关于虚拟时间的迭代过程达到收敛时，便得到了无散速率场，采用该方法模拟了一个纵摇椭圆柱体周围的非定常不可压性流动。     

铀尾矿库周围地下水运动数值模拟

铀尾矿库中的放射性核素及重金属等有害物质随着渗水进入含水层后,将随地下水的运动而进行迁移。为了研究污染物在地下水中的迁移规律,采用二维稳定流数学模型对铀尾矿库周围地下水流场进行概化,并用Galerkin有限元法对模型进行了求解。将数值模拟的等水位线同实测的等水位线进行对比可以发现,两者拟合较好,将流场模拟的结果作为水质模型的输入参数是比较可靠的。     

导弹构形横向喷流干扰流场数值模拟

利用对称TVD格式和重叠网格技术数值模拟了翼面位置不同的两种导弹构形的横向喷流干扰流场,研究了喷口附近的流场结构、涡系结构、波系结构及流动分离等流场特性及翼面位置对干扰效应及气动性能的影响,并将计算得到的干扰力放大因子和干扰力矩系数的结果与实验结果进行比较,吻合良好.     

球状飞射物对屋面瓦片冲击效应的数值模拟

选取典型的球状混凝土飞射物,研究其对一种典型屋面陶土瓦片的冲击破坏作用.基于ANSYS/LS-DYNA平台,参考落球冲击试验方法建立冲击碰撞的有限元计算模型.选取Johnson-Holmquist-Ceramic本构模型模拟陶土瓦片材料,引入单元应变失效准则模拟瓦片破坏情况,采用显式动力学方法研究落球冲击试验中瓦片应力、应变、变形的时变机理.对冲击速度、球块质量、瓦片倾角进行参数分析,结果表明,瓦片最大等效应力与冲击速率及球块质量大致成正比,与瓦片倾角相关性不大.冲击过程是一个能量显著转移的过程,根据损伤方程计算出陶土瓦片能承受不超过34.35m·s~(-1)的来流风速下球状混凝土飞射物的冲击破坏作用.     

泥石流启动试验的数值模拟研究

采用离散元颗粒流程序PFC3D(Particle Flow Code)对泥石流启动过程的模型试验进行数值模拟研究.考虑泥石流启动过程中砂土的非饱和特性,在前期研究的基础上对模型进行改进,利用微小颗粒模拟水团,并通过设置黏结模型模拟土颗粒间的基质吸力.将数值模拟结果与室内模型试验进行对比分析,分析得出泥石流的启动表现为后部土体推挤前部土体快速下滑.非饱和状态下,颗粒间的基质吸力提供了一定的土体强度,当渗透力和重力引起的下滑力克服这种颗粒间的黏结力时,土体由非饱和状态逐渐转变为饱和状态,泥石流才会启动.与原有未考虑非饱和特性的数值模拟方法对比,结果表明,使用PFC3D并考虑土体非饱和特性,可以更接近地模拟流滑型泥石流的破坏形态和启动过程.