平板流固耦合振动的数值分析

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日 欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.
     

基于流固耦合分析的充气柱结构压缩过程中的刚度研究

充气结构是广泛应用于航空航天领域的轻型结构.充气柱作为充气结构的一种基本形式,对其压缩性能展开研究是了解充气结构力学性能的基本途径.压缩刚度作为充气柱压缩性能的基本指标,受多种因素影响,如下压量、充气柱尺寸、材料参数等.常规的单纯基于理论推导、模拟、实验的研究均存在不足.本文结合理论推导、非线性流固耦合模拟及实验手段,克服3种方法的不足,综合其优点,最终得到了充气柱压缩刚度的显式经验表达式,定量表征压缩刚度和其影响因素之间的关系.结果表明充气柱压缩刚度与各因素间存在较复杂的非线性关系.该经验表达式为研究充气柱结构压缩性能提供了参考.     

基于流固耦合数值模拟煤层底板破坏深度研究

随开采深度的加大,华北煤矿区下组煤开采面临煤层底板奥灰岩溶含水层的突水威胁越来越大。晋煤集团赵庄矿15#煤底板距离奥灰平均23.18 m,且井田范围内突水系数普遍大于0.1 MPa/m,加之岩溶陷落柱和小型高角度断层发育,开采15#煤面临奥灰水威胁较大。在考虑赵庄矿的地质构造,矿山压力、奥灰水压及15#煤层开采等综合因素的基础上,建立起15#煤层底板含水层均布水压流固耦合模型,运用FLAC3D软件模拟分析了开采对底板的破坏情况,结果表明:流固耦合条件下底板的最大破坏深度为23 m,承压水最大导升高度为7 m,模拟成果可为15#煤安全开采提供参考。     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

基于流固耦合算法的多孔铜爆炸压实数值模拟

本文利用LS-DYNA有限元程序及流固耦合算法,对多孔铜的爆炸压实过程进行数值模拟研究。建立了多孔铜爆炸压实的三维四分之一模型,模型只由空气、炸药和多孔铜三部分组成。炸药、空气与多孔铜的相互作用通过流固耦合算法来实现。根据得到的压力云图,对球面爆轰波和滑移爆轰的传播,多孔铜侧壁压力变化等问题进行了分析。结果表明,爆炸压实过程中多孔铜侧壁压力随滑移爆轰的向下传播而逐渐增加,当夹角增加到90度后,角度及压力不再变化,形成稳定的滑移爆轰,多孔铜侧壁压力达到最大值,约为炸药爆压的85%。     

基于流固耦合的砾石泵内部流场数值分析与试验研究

为研究砾石泵内部流场分布规律,在流固耦合理论的指导下,本文采用软件仿真的方式对某砾石泵内部流场规律进行了研究。文中首先根据砾石泵内部结构建立其三维流体域的简化模型,其次以单相清水为介质,进行砾石泵外特性试验与仿真并进行对比,结果显示:试验值与仿真值误差在6%以内,有效验证了砾石泵流体仿真模型的正确性;再次利用xflow软件对砾石泵进行流固耦合分析,得到了砾石泵内部流体压力与速度分布规律,并预测了内部涡流现象的发生。这为砾石砂泵内部机构的优化设计提供了一定的理论依据。     

基于流固耦合理论的郑州地铁隧道开挖数值模拟

以郑州地铁某区间的隧道施工为背景,采用基于流固耦合理论的COMSOL Multiphysics多物理场耦合的有限元软件对隧道开挖引起的地面沉降、不同的隧道埋深和地下水位进行数值模拟,并与现场实测结果进行对比分析.结果表明,隧道开挖前,渗流场的压力和应力场的有效应力沿水平方向均匀分布;地表沉降的数值模拟结果与实际较为接近;隧道埋深越深、地下水位越低对地表沉降的影响越小.     

流固耦合应用研究进展

流固耦合力学是一门新兴学科。本文简要介绍了该学科的典型应用进展情况，总结了各种研究中的典型方程、数值解法，展望了进一步发展的趋势。     

基于流固耦合的防滑差速器内部流场数值分析与优化

为研究某款防滑差速器内部流场分布规律,在流固耦合理论指导下,采用软件仿真的方式对该款差速器内部流场规律进行了研究。首先根据防滑差速器内部结构建立其三维流体域的简化模型,并利用Xflow软件对不同转速、不同油液浸没深度对其内部油液速度稳态波动时间的影响进行了仿真;其次以内部流场先达到稳态平衡为优化目标,以流体域润滑油体积和达到速度稳态平衡所需时间为评价指标,对防滑差速器内部流场分布最优时的浸油深度进行预测,结果显示润滑油浸油深度在-0.03 m时,差速器内部流场分布最优。     

含瓦斯煤岩流固耦合渗流数值模拟

为研究含瓦斯煤岩体长时效应及变形规律,采用理论推导与数值模拟的方法,利用含瓦斯煤岩变形理论与瓦斯渗流的基本理论,假定煤岩渗透率与体积应变正相关,推导获得体积应变与渗透率理论关系;利用COSOL Multiphysics软件,数值模拟研究了含瓦斯煤岩流固耦合的全过程,得到了含瓦斯煤岩渗流特性.研究结果表明:理论推导的体积应变与渗透率的关系式是合理的;当含瓦斯煤岩处于弹性阶段,煤岩体的渗透率随体积应变的增大而增大.研究结果对煤层瓦斯抽采参数设计具有重要的理论意义.     

切口拦砂坝的单向流固耦合数值模拟研究

运用流固耦合理论对黏性泥石流冲击切口拦砂坝坝体进行模拟。实现了从三维模型建立、流场计算到结构分析全过程。将泥石流流体计算结果传递至结构域实现坝体的分析,为解决泥石流防治工程提供理论参考。结果表明:整个泥石流流域内部流速呈现底部小顶部大的趋势,拦砂坝坝体的左右肩的变形和应力均为最大,比较坝体Mises应力云图可知,在泥石流冲击作用下的坝体与沟道接合处以上部分的应力最大。     

流体-结构耦合界面的数据传输研究

针对流固耦合作用发生在耦合界面的情形,分析了耦合界面数据传输应该满足的条件;基于能量守恒原理,研究了耦舍界面数据传输的方法,讨论了耦合界面处收敛的判定条件．     

基于Ambari的Hadoop集群快速部署研究

Hadoop作为处理大数据的一个优秀分布式计算框架,在企业应用非常普通。然而Hadoop集群部署需要考虑各组件的兼容性、编译问题及繁琐的组件参数配置,初学者往往耗时几天也不能部署成功。Ambari是一种支持Hadoop集群部署、监控和管理的开源工具。针对Hadoop集群部署的复杂性,提出基于Ambari工具部署Hadoop集群各组件的实践方法并讨论了快速部署的若干要点及重要步骤;通过Ambari工具,完成了Hadoop生态圈最小化集群大部分常用组件的快速部署,如HDFS、HBase、Hive、Pig、Oozie、Zookeeper、Sqoop、Spark、Storm、Kafka、Flume等;项目实践表明:利用Ambari工具能够在8 h内部署完毕Hadoop集群,相比较传统手工部署方式,Ambari工具极大提高了Hadoop集群部署的效率及成功率。     

基于流-固耦合的测量耙设计

在设计某型涡扇发动机外涵出口测量耙时,发现原有的强度计算方法中载荷施加方法与实际发动机流场受力条件相差较大,无法模拟测量耙在发动机流道中所受的真实载荷。为解决上述问题,提出采用单向流-固耦合的方法开展该测量耙的静强度分析和模态特性分析。发现采用单向流-固耦合方法计算得到的测量耙载荷更加接近测量耙真实装机状态所受载荷。经过计算,与传统方法相比,采用单向流-固耦合方法得到的静应力由248.69 MPa减小为51.49 MPa,变形由0.81 mm减小为0.16 mm;测量耙前六阶固有频率均增长超过7%,成功避开了发动机转子固有频率。流-固耦合设计方法可以为提高现有的测量耙设计能力提供参考,同时应用于后续测量耙设计及校核计算中。     

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。     

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.     

系留气球留空时间分析方法研究

系留气球的留空时间主要由日平均氦气泄露量决定;但由于氦气泄露量的影响因素众多,且探测手段有限,目前尚未发现能直接准确测得工作环境下球体实际氦气泄露量的有效方法。因此无法对留空时间进行准确评估。为了解决这一问题,提出了一种新的间接的系留气球留空时间分析方法。采用了全析因试验设计,通过计算各种工况下满足留空时间指标的日平均氦气泄露量上限,再采取各种措施使球体日平均氦气泄露量不超过该上限值,从而使该项指标符合战术技术要求,回避了直接求解氦气实际日平均泄露量的不确定性。研究发现,在特定的工作环境下,净静浮力的变化实际上是由日平均氦气泄露质量决定的;且当留空时间一定时,日平均氦气泄露质量只在某取值附近的小范围内波动,受环境因素的影响很小;只要能保证日平均氦气泄露质量≯6.314 54 kg/m3,则可以满足在任意的工作海拔高度、温度、风速、湿度和压差下某型系留气球都能达到21 d的留空时间指标要求。     

基于流固耦合的客车风窗玻璃风致振动特性

采用流固耦合计算方法对客车聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层风窗玻璃进行了数值模拟计算,获得了客车在高速行驶中风窗玻璃的风致振动特性,及厚度变化对风窗玻璃变形和应力的影响规律.研究结果表明,厚度减小,风压变形明显增大,但应力变化不规律.研究结果可以为高速客车及列车风窗玻璃优化设计提供相关理论基础.     

汽油机歧管式催化转化器流固耦合热应力分析

采用流固耦合的方法计算了某汽油机歧管式催化转化器结构热应力状态与振动特性。首先,计算了歧管式催化转化器结构的内流场和外流场,得到了内外壁面的温度与压力分布;进一步利用有限元的方法计算了歧管式催化转化器结构的热应力状态和振动特性。计算结果表明,歧管式催化转化器结构在入口法兰区域热应力过大,容易产生应力集中,是最容易损坏的区域;另外,排气歧管和催化转化器连接处,与螺栓固定点的距离较大,热变形较大。据此,进行了结构改进,并与原结构进行了相应的分析对比,结果表明改进后的歧管式催化转化器较原结构在最高温度及最大热应力、振动特性等方面均有所改善。