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Sharp interface direct forcing immersed boundary methods: A summary of some algorithms and applications 被引量:7
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作者 Jianming YANG 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2016年第5期713-730,共18页
Body-fitted mesh generation has long been the bottleneck of simulating fluid flows involving complex geometries. Immersed boundary methods are non-boundary-conforming methods that have gained great popularity in the l... Body-fitted mesh generation has long been the bottleneck of simulating fluid flows involving complex geometries. Immersed boundary methods are non-boundary-conforming methods that have gained great popularity in the last two decades for their simplicity and flexibility, as well as their non-compromised accuracy. This paper presents a summary of some numerical algori- thms along the line of sharp interface direct forcing approaches and their applications in some practical problems. The algorithms include basic Navier-Stokes solvers, immersed boundary setup procedures, treatments of stationary and moving immersed bounda- ries, and fluid-structure coupling schemes. Applications of these algorithms in particulate flows, flow-induced vibrations, biofluid dynamics, and free-surface hydrodynamics are demonstrated. Some concluding remarks are made, including several future research directions that can further expand the application regime of immersed boundary methods. 展开更多
关键词 immersed boundary methods direct forcing sharp interface method strong coupling schemes fluid-structureinteractions Cartesian grid methods
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不同来流下薄平板流固耦合特性分析 被引量:13
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作者 吕坤 张荻 谢永慧 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第26期76-82,共7页
薄平板的流固耦合特性研究在核反应堆板状燃料组件和风力透平叶片等方面具有广泛的应用背景。基于非定常流动和弹性薄平板振动理论建立了薄平板的流固耦合特性研究模型,并得到了平板的振动特性以及平板周围流场的非定常流动特性。结果表... 薄平板的流固耦合特性研究在核反应堆板状燃料组件和风力透平叶片等方面具有广泛的应用背景。基于非定常流动和弹性薄平板振动理论建立了薄平板的流固耦合特性研究模型,并得到了平板的振动特性以及平板周围流场的非定常流动特性。结果表明:平板在持续稳定的来流冲击下,主要以其一阶固有频率产生振动,平板的振动属于自激振动;相同攻角条件下,流固耦合现象随流速的增加而更加剧烈。对比平板在相同来流下考虑和不考虑流固耦合的分析结果表明:不考虑耦合时作用在板上的持续平均气动力大于考虑耦合时的情况;流固耦合过程中,平板振动对涡的形成产生抑制,保持平板的附着流,延迟分离。 展开更多
关键词 薄平板 计算流体动力学 数值模拟 有限元方法 流固耦合
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基于比例边界有限元法和有限元法的水下结构瞬态分析方法 被引量:7
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作者 李上明 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期42-46,共5页
针对冲击波作用下水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法和有限元法的瞬态分析方法。无限水域用比例边界有限元法离散,而水下结构等有限域用有限元法模拟。该方法利用声学近似法将无限水域施加给水下结构的... 针对冲击波作用下水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法和有限元法的瞬态分析方法。无限水域用比例边界有限元法离散,而水下结构等有限域用有限元法模拟。该方法利用声学近似法将无限水域施加给水下结构的载荷分解成冲击波载荷和散射波载荷。冲击波载荷由水下冲击波理论确定,而散射波载荷由比例边界有限元法估值。为改善比例边界有限元法动态质量矩阵的计算效率,发展了动态质量矩阵的时域递推公式。数值算例分析结果表明了所发展的瞬态分析方法和时域递推公式的正确性。 展开更多
关键词 比例边界有限元法 无限水域 水下结构 瞬态分析 水下冲击 流固耦合
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径向基函数插值在叶轮流固耦合分析中的应用 被引量:7
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作者 吴宇飞 王跃方 孙兴华 《风机技术》 2012年第3期34-39,共6页
使用数值方法对叶轮进行流固耦合分析时,流体域划分的网格密度往往远大于固体域,这就导致了耦合界面上网格不匹配的情况。用径向基函数(RBF)插值法解决流固耦合不匹配界面的信息传递问题,根据离心式压缩机叶轮的工程实际编制了相应的计... 使用数值方法对叶轮进行流固耦合分析时,流体域划分的网格密度往往远大于固体域,这就导致了耦合界面上网格不匹配的情况。用径向基函数(RBF)插值法解决流固耦合不匹配界面的信息传递问题,根据离心式压缩机叶轮的工程实际编制了相应的计算程序,将程序得到的计算结果与大型通用软件ANSYS-WORK BENCH的插值结果进行了对比。算例表明,RBF插值算法结果精确,自主性较强。此外,编制的计算程序适用范围大,可灵活运用于大型耦合分析中。 展开更多
关键词 叶轮 流固耦合 不匹配网格 径向基函数
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Surrogate-assisted optimization for anti-ship missile body configuration considering high-velocity water touching 被引量:1
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作者 Nianhui YE Teng LONG +2 位作者 Junhui MENG Renhe SHI Baoshou ZHANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期268-281,共14页
As a crucial weapon in the sea battle,anti-ship missiles generally employ a sea-skimming penetration strategy to reduce the probability of being detected by the target radar,which greatly increases the risk of touchin... As a crucial weapon in the sea battle,anti-ship missiles generally employ a sea-skimming penetration strategy to reduce the probability of being detected by the target radar,which greatly increases the risk of touching water caused by sensor errors or random sea conditions.To alleviate the large impact load by high-velocity water touching,a novel anti-ship missile body configuration is proposed in this paper,which is inspired by the idea of hydroplaning.A parametric geometry model is first developed to modify the configuration of the anti-ship missile body.Subsequently,a structured arbitrary Lagrange-Eulerian based Fluid-Structure Interaction(FSI)model is established to analyze the kinematics parameters of the missile body during the hydroplaning process.A missile body configuration optimization problem is then formulated to minimize the impact load considering several constraints,e.g.,horizontal velocity loss,pitch angle after touching water,and inside capacity for payload.Due to the time-consuming FSI simulation,a Kriging-assisted constrained differential evolution method is utilized to optimize the missile body configuration for reducing the impact load.During the optimization process,radial basis function and Kriging are combined with evolutionary operators to lead the search to the vicinity of the optimum rapidly.The result shows that the proposed missile body configuration can reduce the impact load by 18.8%compared with the ordinary configuration.Additionally,the optimized configuration can further yield a 17.4%impact load decrease subject to all the constraints and avoid structural damage by the high-velocity water touching,which demonstrates the effectiveness and practicability of the proposed anti-ship missile body configuration and corresponding optimization framework for reducing the impact load. 展开更多
关键词 Surrogate-assisted optimiza-tion fluid-structureinteraction Arbitrary Lagrange-Eulerian MISSILE Conceptual design
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MEMS矢量水听器封装的流体-结构相互作用 被引量:4
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作者 刘梦然 简泽明 +1 位作者 张国军 张文栋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1387-1393,共7页
针对水听器的频响曲线会在透声帽谐振频率处出现共振峰,使水听器频响曲线失真,工作频带变窄等问题。本文考虑水听器的工作环境,通过研究流体-结构相互作用对透声帽谐振频率进行了分析。首先理论分析流体对结构模态频率的影响,分析显示... 针对水听器的频响曲线会在透声帽谐振频率处出现共振峰,使水听器频响曲线失真,工作频带变窄等问题。本文考虑水听器的工作环境,通过研究流体-结构相互作用对透声帽谐振频率进行了分析。首先理论分析流体对结构模态频率的影响,分析显示在流体作用下透声帽谐振频率会降低。然后利用LMS Virtual.lab Acoustics有限元软件对空气中和液体中的MEMS矢量水听器芯片和透声帽进行了模态分析;并利用振动平台和驻波管对有否进行透声帽封装的MEMS矢量水听器进行了测试以验证上述分析。验证结果显示:透声帽在水中的实际一阶谐振频率为550 Hz,与仿真结果非常吻合,表明该谐振频率可使水听器工作频带变窄。实验结果表明:对水听器中透声帽的流固耦合模态分析非常必要,通过准确地获得透声帽在实际状态下的固有频率并预测水听器的接收频响特性,可为改进封装结构提供理论依据,为进一步优化水听器奠定基础。 展开更多
关键词 微机电系统(MEMS) MEMS矢量水听器 流固耦合 透声帽 谐振频率 频带
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基于辐射波浪理论的圆形桥墩动水压力表达式的简化研究 被引量:3
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作者 杨万理 李乔 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2012年第7期45-51,57,共8页
为了解决基于辐射波浪理论的圆形桥墩外域水动水压力表达式极其繁冗、难以计算的问题,对动水压力的影响要素如自由表面波、附加阻尼、附加质量进行了研究,通过数学分析、曲线拟合的方法提出了圆形桥墩外域水动水压力的简化表达式。研究... 为了解决基于辐射波浪理论的圆形桥墩外域水动水压力表达式极其繁冗、难以计算的问题,对动水压力的影响要素如自由表面波、附加阻尼、附加质量进行了研究,通过数学分析、曲线拟合的方法提出了圆形桥墩外域水动水压力的简化表达式。研究结果表明:自由表面波对附加质量、附加阻尼的影响很小,附加阻尼本身也很小,可不考虑自由表面波以及附加阻尼的影响;刚体运动附加质量近似等于弹性振动附加质量,可用易于计算的刚体运动附加质量替代难以计算的弹性振动附加质量。实际深水桥梁在不同地震波作用下的地震响应计算结果表明,简化表达式具有很高的精度和计算效率。 展开更多
关键词 桥梁工程 圆形桥墩 曲线拟合 动水压力 流固耦合 辐射波浪理论
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基于非线性重构的跨声速压气机叶片静气动弹性分析 被引量:2
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作者 康达 王永亮 +1 位作者 钟兢军 刘子豪 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1787-1793,共7页
工作状态的压气机转子叶片在气动力及离心力作用下会发生变形,准确的叶片构型预测对于压气机性能分析和检验具有重要意义。为研究叶片气弹变形对压气机气动及结构参数的影响,采用非线性叶型重构方法获得了Stage 37转子叶片在不同工况下... 工作状态的压气机转子叶片在气动力及离心力作用下会发生变形,准确的叶片构型预测对于压气机性能分析和检验具有重要意义。为研究叶片气弹变形对压气机气动及结构参数的影响,采用非线性叶型重构方法获得了Stage 37转子叶片在不同工况下的热态构型。在计算叶片变形时,计入了叶片受力载荷随构型变化的非线性特征以及叶片的变刚度特性,叶片受力载荷与刚度矩阵随叶片构型同步更新。考察了不同工况下热态叶片的变形规律,研究表明:叶型重构方法可有效提高压气机气动性能的预估精度。设计转速下,热态叶片的堵塞流量及近失速点压比较冷态叶片分别增加1.2%和0.24%,叶片变形对气动特性的影响随转速增加而增强。离心力对叶片变形起主要作用,然而气动力的压力反扭作用不可忽略,设计转速下近失速点反扭角较堵塞点增加了14.7%。计算跨声速转子热态叶片构型时,需考虑离心力和气动力的综合作用。 展开更多
关键词 压气机 叶型重构 流固耦合 气动弹性 非线性
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预测传热管涡致振动的改进尾流振子模型 被引量:2
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作者 冯志鹏 臧峰刚 +1 位作者 张毅雄 叶献辉 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期22-27,共6页
针对传热管的漩涡脱落诱发振动问题,在经典尾流振子模型的基础上,提出一种用于预测传热管涡致振动的改进尾流振子模型。计算结果与实验结果的对比显示,该模型能较好地模拟传热管涡致振动的重要特性。首先,通过研究发现,采用联合的位移... 针对传热管的漩涡脱落诱发振动问题,在经典尾流振子模型的基础上,提出一种用于预测传热管涡致振动的改进尾流振子模型。计算结果与实验结果的对比显示,该模型能较好地模拟传热管涡致振动的重要特性。首先,通过研究发现,采用联合的位移耦合和加速度耦合模式,能较好地模拟柱体振动与漩涡脱落间的相互作用;其次,经典尾流振子模型中定义的经验参数为定常数,但通过分析发现,其经验参数应根据具体的结构参数来确定;最后,对改进的尾流振子模型所预测的结果与通过流固耦合数值模型计算得到的结果进行了对比分析,结果显示改进的尾流振子模型的结果与双向流固耦合模拟得到的结果吻合较好,说明尾流振子模型用于传热管的漩涡脱落诱发振动是可行的、合理的。 展开更多
关键词 涡致振动 尾流振子模型 范德波尔方程 流固耦合
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基于流固耦合的客车风窗玻璃风致振动特性 被引量:1
10
作者 陶莉莉 杜广生 +1 位作者 刘丽萍 雷丽 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1700-1704,共5页
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... 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. 展开更多
关键词 夹层风窗玻璃 流固耦合 风致振动
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基于流固耦合的错位桨搅拌假塑性流体特性分析
11
作者 魏欣 《广东化工》 CAS 2019年第18期51-52,21,共3页
基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合的计算方法,模拟计算了错位六弯叶桨(6PBT)搅拌假塑性流体的流动特性。对比分析了不同转速下黄原胶水溶液的速度分布以及桨叶的变形和等效应力分布情况,结果表明:搅拌转速对假塑性流体的... 基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合的计算方法,模拟计算了错位六弯叶桨(6PBT)搅拌假塑性流体的流动特性。对比分析了不同转速下黄原胶水溶液的速度分布以及桨叶的变形和等效应力分布情况,结果表明:搅拌转速对假塑性流体的速度场有较大影响,特别是在较高雷诺数下,转速由60rpm增加到180rpm时,最大变形量降低了75%,最大应力降低了49%。因此在搅拌较高质量浓度的假塑性流体时,适当的提高转速有助于流体的流动和混合,这可为实际生产操作提供理论参考。 展开更多
关键词 假塑性流体 流固耦合 速度分布 应力 变形
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我国压力补偿灌水器的研究进展 被引量:25
12
作者 魏正英 苑伟静 +1 位作者 周兴 赵光喜 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期94-101,107,共9页
概述了近十年来,国内外压力补偿灌水器的应用情况及研究进展,在综合数值模拟、快速成型技术、可视化试验平台等多种先进技术手段的基础上提出了压力补偿灌水器比较完善的开发路线,并对该路线中涉及的关键问题进行了讨论。补偿机理的研... 概述了近十年来,国内外压力补偿灌水器的应用情况及研究进展,在综合数值模拟、快速成型技术、可视化试验平台等多种先进技术手段的基础上提出了压力补偿灌水器比较完善的开发路线,并对该路线中涉及的关键问题进行了讨论。补偿机理的研究是压力补偿灌水器设计研发的核心,本文通过课题组已完成的部分工作,指出采用流固耦合方法进行数值模拟,获得灌水器内部压力速度分布及膜片变形情况,结合可视化试验是阐明压力补偿灌水器补偿原理、加快压力补偿灌水器研究的有效途径。 展开更多
关键词 压力补偿灌水器 滴灌系统 开发路线 流固耦合
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流固耦合分析脉压差对颈内动脉狭窄处壁面剪切力的影响
13
作者 李建伟 纪盛章 宋金玉 《介入放射学杂志》 CSCD 北大核心 2023年第11期1131-1134,共4页
目的基于流固耦合(fluid structure interaction,FSI)的方式,分析不同脉压差对颈内动脉狭窄处壁面剪切力(wall shear stress,WSS)的影响。方法建模为颈内动脉轻度狭窄的CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)图像,将模型导入... 目的基于流固耦合(fluid structure interaction,FSI)的方式,分析不同脉压差对颈内动脉狭窄处壁面剪切力(wall shear stress,WSS)的影响。方法建模为颈内动脉轻度狭窄的CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)图像,将模型导入FSI分析软件中。入口条件设定为A、B两组,A组8种入口条件:舒张压设定为80 mmHg,收缩压间隔10 mmHg由90~160 mmHg递增;B组8种入口条件:收缩压设定为120 mmHg,舒张压间隔10 mmHg由110~40 mmHg递减。获取两组数据后,分别测量颈内动脉狭窄处截面收缩期和舒张期的WSS数值和差值。结果两组WSS差值随着脉压差增大而增大,当压差为80 mmHg时,A组WSS差为92.821 Pa,B组WSS差为98.203 Pa,远高于正常压差(40 mmHg)的WSS差值52.041 Pa;B组脉压差越小,一个心动周期内的整体WSS越高,B组脉压差为10 mmHg时,收缩期和舒张期的WSS分别为220.384 Pa和204.744 Pa。结论颈内动脉狭窄处的脉压差增高,WSS的振荡幅度也会增大,易造成斑块破裂;当脉压差低且收缩压和舒张压同时偏高时,WSS整体也偏高,同样是斑块的易损因素,通过FSI分析脉压差对颈内动脉狭窄处的WSS数值,有助于临床预防和治疗。 展开更多
关键词 脉压差 壁面剪切力 颈内动脉狭窄 流固耦合
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