旋转周期性含液容器的流固耦合动力特性分析(Ⅰ)

为了对容器内流体的晃动特性以及流体对容器动力特性的影响有一个比较完整的认识,同时考虑到三维流固耦合计算规模较大的问题,针对含液容器具有旋转周期性的特点,将旋转周期方法引入流固耦合动力特性分析,大量地缩减了流固耦合计算的规模,对于诸如储油罐以及快堆主钠池等大型含液容器的动力分析具有重要的意义,而且该方法在理论上不引入任何近似。与整体计算的结果比较表明,该方法十分有效和可靠。     

螺旋桨的流固耦合动力分析

采用２０节点三维等参元离散系统，在结构表现上布置源汇，应用Ｇｒｅｅｎ函数的边界积分法计算流体－结构的相互影响，用湿模态法对螺旋桨在水中的动力特性进行了计算；比试验验证表明，计算结果与试验结果吻合良好。     

轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术，求解流体与固体的耦合方程，对轴流式叶片进行了振动特性分析，分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率；并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化，分析了叶片在水中的振型。结果表明，叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低，且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析，表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。     

考虑流固耦合的大型渡槽横向动力分析

渡槽槽身是一种薄壁构件,在建立其动力分析模型时除应考虑渡槽槽身横向、竖向、纵向以及自由扭转变形外,还应考虑渡槽薄壁结构约束扭转变形以及槽内有水时水体对槽身的流-固动力相互作用.为此,依据符拉索夫及豪斯纳尔理论建立了考虑槽内水体与槽身动力相互作用的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导给出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,计算结果表明该大型渡槽在无水和设计水位时,其振动频率有所变化.该模型计算简单,是考虑渡槽槽内水体横向流-固动力相互作用的实用动力分析模型.     

考虑流固耦合作用的承船厢结构自振特性分析

升船机承船厢在工作时,为避免发生流激振动现象,需探究水体流动性对系统自振特性的影响,通过应用三种不同方法考虑厢内水体与船厢结构的流固耦合作用,进行多种模型下承船厢自振特性的对比分析,了解承船厢结构在考虑流固耦合作用下动力特性的变化规律.结果表明:承船厢结构低阶振型对应的自振频率与水流脉动频率均有重合,在船舶进出船厢前的充泄水流的激励下有可能引发结构的整体振动.此结果可为承船厢结构的自振特性分析提供参考.     

南水北调工程洛河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上，采用三维有限元对南水北调工程沼河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析，对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用，参照相关规范的原则和相关研究成果，在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟，研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应。计算结果表明：采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的，动力响应值比较接近。     

流固耦合系统动力响应分析的精细时程积分法

通过对结构与理想流体耦合问题的分析 ,利用有限元方法对流固耦合系统动力响应进行了研究 .采用精细时程积分法、威尔逊θ法和纽马克法进行计算 .算例表明 ,精细时程积分方法具有精度高、不受时间步长的严格限制和计算工作量小等优点 ,适合于流固耦合系统的动力响应分析     

弹性结构与晃动液体耦合系统的动力特性分析

基于弹性波传播理论,构造液体晃动的等效弹性体模型,将液体晃动问题归结为弹性体动力问题, 建立位移-压力格式的流固耦合方程,采用静态缩聚技术求解流固耦合特征值问题.在此基础上,推导地震条件下的流固耦合系统有限元模型.对储液容器的特征值问题和动态响应问题进行了实例分析和计算,算例结果验证了方法的正确性与有效性.     

基于流固耦合的过桥水管动力特性研究

基于流固耦合理论,采用实验和数值模拟相结合的方法对过桥水管的动力特性进行研究.结果表明:双向流固耦合数值模拟得到的过桥水管的固有频率与实验结果较为相近,在流速变化范围不大的情况下,水体的流速对管道的固有频率影响很小,而且随着流速的增大,管道的固有频率减小;由于管道为弯管,随着速度的增加,水体对管道的压力和拉直作用相应增加,管道的变形和应力也随之增大.     

大型渡槽结构考虑流固耦合的动力建模研究

该文依据符拉索夫（Volasov）和豪斯纳尔（Housner）理论建立考虑槽内水体与槽身动力相互作用以及槽身剪力滞后影响的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,结果表明：大型渡槽在无水和设计水位时的振动频率有所变化;该文模型是考虑渡槽槽内水体横向流固动力相互作用的实用动力分析模型。     

井下工具系统固液耦合动力特性研究

用有限元法推导了普通井下生产管柱的固液耦合振动方程,计算出管柱的固有频率,并与数值计算方法进行对比.对井下管柱系统进行有限元谐响应分析,根据实测的潜油电泵振动数据,结合谐响应激励载荷,进行动力学分析,计算出管柱稳定工作时的动载荷频率范围.结果表明,额定功率下潜油泵的振动以及原油的流动速度均不会对井下工具系统产生明显的振动影响.     

烟气脱硫吸收塔考虑固液耦合的动力特性分析

烟气脱硫吸收塔结构形式复杂,掌握其动力特性是进行该类结构设计的重要基础.根据有限元理论,对带有高塔的烟气脱硫吸收塔,从如何考虑浆液影响的角度建立不同的有限元模型,对其进行动力特性分析,且考虑了内部浆液对吸收塔结构固有频率的影响.分析结果表明,浆液的存在对吸收塔高阶频率影响较大,对低阶频率,尤其是基频影响很小,偏差在1%以内,当要了解吸收塔的低阶频率时,为简化计算,可以不考虑浆液的影响.     

基于流固耦合的水下发球管汇力学及振动特性分析

水下发球系统具有可利用生产流体发球、不停井发球的优势,在现阶段与未来海洋油气开发具有广阔的应用前景。水下发球管汇结构复杂,存在多处弯管、变径三通,生产流体压力高,而发球流程工艺引起的管汇结构变形与振动情况尚不清晰。本文采用数值模拟的方法,计算了某水下发球管汇在发球工况中,流固耦合条件下管汇结构的位移、应力分布及振动情况。发现阀门的开关瞬间是压力变化幅度最大的特征时刻,也是引起管道位移、振动情况最严重的特征时刻; 明确了管道结构风险位点为管汇结构末端,最大位移约为5.69 mm,主要由X方向贡献,最大等效应力为233.13 MPa,主要集中分布在T型管、弯管内侧处;提出了针对性的优化支撑方案,管汇结构最大位移降低至3.53 mm,低阶模态频率增幅约为1.74%~20.54%,说明管汇结构的安全性得到了提高。所得结论可为水下发球管汇的设计、运行提供理论依据。     

南水北调工程洺河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上.采用三维有限元对南水北调工程洺河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析.对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用,参照相关规范的原则和相关研究成果,在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟,研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应.计算结果表明:采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的,动力响应值比较接近.     

流固耦合系统动力稳定性的混合Γалёркин-Floquet解法

本文给出求解一般流固耦合系统动力稳定性的一种有效而通用的混合-Floquet 方法。作为实例,采用此法研究了一个充液圆柱壳体的动力稳定性问题。     

基于流固耦合的风力发电机结构特性分析

风力机结构尺寸的增大会导致气动载荷效应的作用更加明显,因此,采用流固耦合分析技术来研究气动载荷效应对风力发电机结构的影响。采用ANSYS Workbench软件搭建了流固耦合分析系统,经过流固耦合分析得到了不同风速下风力机周围气流分布规律、风力机表面压力分布规律、风力机变形和应力分布规律、风速与风力机叶片应力和变形之间的波动规律;仿真分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合两种情况下风力机的模态振型,为风力发电机的结构设计提供一定的理论参考。     

微小型水平轴风力发电机的流固耦合分析

基于ANSYS CFX流体求解器和Workbench结构求解器,采用整体求解一致性网格方法和k-ε湍流模型,分别对单向和双向流固耦合条件下微小型水平轴风力发电机的结构特性进行了对比分析,并重点对机组的双向流固耦合分析进行了研究.首先,通过对微小型水平轴风力发电机进行动力学分析,确认所建立模型的准确性;其次,通过对流场域中旋转域及网格数目之间网格收敛性的相关分析,确认了流场域网格数目收敛性的拟合关系曲线,以及最优的网格数目实例;最后,分别对单向和双向流固耦合进行对比分析,确认了机组双向流固耦合分析结果的可信度.     

南水北调工程氵名河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上,采用三维有限元对南水北调工程氵名河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析.对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用,参照相关规范的原则和相关研究成果,在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟,研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应.计算结果表明:采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的,动力响应值比较接近.     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

基于流固耦合的柔性翼型动态失速特性研究

为了研究柔性翼型在动态失速下的气动性能及其优势,从流动控制的角度,采用流固耦合数值模拟方法研究了具有被动大变形能力的柔性翼型动态失速特性并与传统的刚性翼型进行了比较.首先,对柔性翼型在不同减缩频率下的气动特性进行了研究,得到了减缩频率对柔性翼型气动特性的影响规律,同时定量比较了刚性翼型和柔性翼型的升阻力系数随攻角、减缩频率的变化规律.其次,从俯仰震荡翼型的涡量场、流线以及结构响应等角度揭示了柔性翼型在动态失速现象中依旧具有良好气动特性的关键物理机制.研究结果表明,在高减缩频率下,柔性翼型具有低阻力的特征,气动性能显著优于刚性;柔性翼型的被动变形可以抑制翼型表面涡旋的生成从而优化气动特性.