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流固耦合理论研究进展 被引量:89
1
作者 钱若军 董石麟 袁行飞 《空间结构》 CSCD 北大核心 2008年第1期3-15,共13页
流固耦合(Fluid-Structure Interaction,FSI)是目前很多领域研究的热点和难点之一.与国外相比,国内在该方面的研究相对滞后或片面.本文对FSI研究现状和意义、传统风工程理论和方法、流体力学基本理论、流体力学有限元、FSI理论和分析方... 流固耦合(Fluid-Structure Interaction,FSI)是目前很多领域研究的热点和难点之一.与国外相比,国内在该方面的研究相对滞后或片面.本文对FSI研究现状和意义、传统风工程理论和方法、流体力学基本理论、流体力学有限元、FSI理论和分析方法等内容作了介绍,探讨了耦合界面条件、边界追踪、网格更新以及大型非线性方程求解等问题,特别对强耦合和弱耦合算法作了理论上的探讨和区分.本文可为流固耦合理论数值模拟提供理论和方法的指导. 展开更多
关键词 流固耦合 强耦合 弱耦合 边界条件 ALE法
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船舶结构的建模及水下振动和辐射噪声的FEM/BEM计算 被引量:59
2
作者 徐张明 汪玉 +1 位作者 华宏星 沈荣瀛 《船舶力学》 EI 2002年第4期89-95,共7页
船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下 ,本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用 ,建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM/BEM数... 船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下 ,本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用 ,建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM/BEM数学模型。在理论分析的基础上 ,利用有限元软件ANSYS建立了水下船舶结构的振动和声场耦合的模型 ,首先计算在模拟发动机的激励下船舶壳板的振动 ,并利用边界元软件SYSNOISE ,对轻外壳面上的声强进行预报。 展开更多
关键词 船舶结构 建模 水下振动 辐射噪声 FEM/BEM计算
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大跨度张拉结构风致动力响应研究进展 被引量:46
3
作者 沈世钊 武岳 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期533-538,共6页
大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点 ,对这一问题的研究具有较大的理论难度 ,一直是风工程领域关注的焦点 .据此结合作者及其梯队近年来所做的工作 ,介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振... 大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点 ,对这一问题的研究具有较大的理论难度 ,一直是风工程领域关注的焦点 .据此结合作者及其梯队近年来所做的工作 ,介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振分析领域所进行的理论研究、实验分析和数值模拟方面的研究进展 。 展开更多
关键词 大跨度张拉结构 风振分析 流固耦合 索结构 膜结构
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充液管道系统的模态分析 被引量:52
4
作者 张智勇 沈荣瀛 王强 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期143-149,共7页
考虑管道与液体之间的泊松耦合与连接耦合 ,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与弯管单元的传递矩阵 ,引入了弯管弯曲因子 .对一“L”形充液管系进行了研究 ,使用ANSYS有限元分析软件与传递矩阵法计算了两种边界条件下... 考虑管道与液体之间的泊松耦合与连接耦合 ,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与弯管单元的传递矩阵 ,引入了弯管弯曲因子 .对一“L”形充液管系进行了研究 ,使用ANSYS有限元分析软件与传递矩阵法计算了两种边界条件下充液、充气管系的模态频率与模态振型 .结果表明 ,气体与管道之间的耦合作用对管系模态的影响可忽略 ;而对充液管系而言 ,固液耦合作用不能忽略 . 展开更多
关键词 传递矩阵法 充液管道系统 模态分析 固液耦合
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输流管道流固耦合振动研究进展 被引量:42
5
作者 张立翔 黄文虎 A S TIJSSELING 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2000年第3期366-379,共14页
管道在众多的工业领域中具有十分广泛的应用 ,发挥着极其重要的作用。但管道在工作过程中由于流体流动状态的变化引起喘振 ,诱发出流体、管道间的耦合振动 ,其动力学行为十分复杂 ,一直受到学术界和工程界广大研究者的重视和研究。本文... 管道在众多的工业领域中具有十分广泛的应用 ,发挥着极其重要的作用。但管道在工作过程中由于流体流动状态的变化引起喘振 ,诱发出流体、管道间的耦合振动 ,其动力学行为十分复杂 ,一直受到学术界和工程界广大研究者的重视和研究。本文对该领域线性和非线性研究内容及进展作了综述和讨论。 展开更多
关键词 管道 流固耦合 喘振 非线性振动
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蜗壳式旋风分离器全空间三维时均流场的结构 被引量:61
6
作者 胡瓅元 时铭显 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期549-556,共8页
采用激光多普勒测速系统 (LDV)对蜗壳式旋风分离器全空间内三维湍流的时均流场进行了实验测定与分析 ,重点讨论了灰斗、环形空间和排气管的流场特点 .分离空间内时均流场是外侧准自由涡与内侧准强制涡的典型结构 .环形空间的入口部位有... 采用激光多普勒测速系统 (LDV)对蜗壳式旋风分离器全空间内三维湍流的时均流场进行了实验测定与分析 ,重点讨论了灰斗、环形空间和排气管的流场特点 .分离空间内时均流场是外侧准自由涡与内侧准强制涡的典型结构 .环形空间的入口部位有多个纵向二次涡 ,其他大部分空间顶部出现纵向二次环流 ,切向速度和径向速度的分布呈现非轴对称性 ,入口气量沿高度分布不均匀 .灰斗的顶部也存在纵向二次环流 .排气管内轴向速度分布与分离空间内的分布形态迥异 . 展开更多
关键词 蜗壳式旋风分离器 时均流场 激光多普勒测速系统
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输流管道非线性流固耦合振动的数学建模 被引量:42
7
作者 张立翔 黄文虎 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2000年第1期116-128,共13页
本文利用 Hamilton变分原理和变形体内流体运动的 N- S方程建立了描述输流管道非线性流固耦合振动的控制方程 ,形成描述弱约束管道 ,输送可压缩流体、具有定常或非定常流动状态系统的非线性 4-方程模型。模型全面考虑了管道中流体的喘... 本文利用 Hamilton变分原理和变形体内流体运动的 N- S方程建立了描述输流管道非线性流固耦合振动的控制方程 ,形成描述弱约束管道 ,输送可压缩流体、具有定常或非定常流动状态系统的非线性 4-方程模型。模型全面考虑了管道中流体的喘振特性 ,并包括了各种耦合机理。通过对现有代表性模型的讨论和比较可以看出 ,本文导出的全耦合 4-方程模型是目前较完善的描述输流管道流固耦合运动的非线性动力模型。 展开更多
关键词 输流管道 流固耦合振动 建模 非线性振动
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船舶水下辐射噪声特性研究 被引量:42
8
作者 邹春平 陈端石 华宏星 《船舶力学》 EI 2004年第1期113-124,共12页
本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究。首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流—固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算。然... 本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究。首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流—固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算。然后将有限元模型的外表面处理成边界元模型,并由船舶外表面位移响应计算得到用于水下辐射噪声计算的速度边界条件。最后利用边界元技术对船舶水下辐射噪声特性进行研究。本文预估了仅考虑推进柴油机激励、柴油发电机组激励、齿轮箱激励以及所有激励情况下的船舶水下辐射噪声,并将其数值计算与实际测量结果比较,比较结果符合良好。 展开更多
关键词 船舶 水下辐射噪声 有限元模型 位移响应 齿轮箱 边界元法 结构振动
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非定常流场降阶模型及其应用研究进展与展望 被引量:49
9
作者 陈刚 李跃明 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期686-701,共16页
非定常流场模型降阶技术的出现,为CFD/CSD耦合数值模拟方法在工程设计中的广泛应用提供了新机遇.在对非线性系统模型降阶理论与方法进行概述的基础上,全面系统地介绍了非定常流场降阶模型的国内外研究进展.按基于系统辨识的降阶模型和... 非定常流场模型降阶技术的出现,为CFD/CSD耦合数值模拟方法在工程设计中的广泛应用提供了新机遇.在对非线性系统模型降阶理论与方法进行概述的基础上,全面系统地介绍了非定常流场降阶模型的国内外研究进展.按基于系统辨识的降阶模型和基于流场特征结构的降阶模型两大类进行评述,比较了各种降阶模型的优缺点并指出了进一步改进的思路.最后对非定常流场降阶模型的发展趋势和应用前景进行了展望,并指出自适应鲁棒降阶模型是下一代模型降阶技术的发展方向. 展开更多
关键词 非定常流场 降阶模型 流固耦合 非线性系统
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流固耦合作用对离心泵内部流场影响的数值计算 被引量:48
10
作者 裴吉 袁寿其 袁建平 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期107-112,共6页
采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响。流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程... 采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响。流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程。并将计算所得的流道网格变形、流场静压和速度的分布以及径向力等结果与非流固耦合计算的流场进行对比分析。分析结果表明,流固耦合作用使得流体和固体区域计算网格发生微小变形,这不仅会改变流体对固体载荷的分布,而且会影响结构对流体的做功作用,从而影响流场的分布;叶片相对隔舌不同位置时,叶轮出口处和蜗壳流道内流场的静压分布变化趋势不同;流场速度变化主要出现在叶片和叶轮出口附近;各时间点上径向力的大小和方向变化较明显。 展开更多
关键词 流固耦合 离心泵 流场 数值计算
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管道流固耦合振动及声传播的研究现状及展望 被引量:33
11
作者 刘忠族 孙玉东 吴有生 《船舶力学》 EI 2001年第2期82-90,共9页
本文对管道振动及声传播领域的研究现状和水平分类作了比较全面的综述 ,并对今后开展潜艇管道振动、声传播及噪声控制的研究进行了展望。
关键词 管道系统 流固耦合作用 管道振动 声传播
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混流式水轮机转轮动载荷作用下的应力特性 被引量:44
12
作者 罗永要 王正伟 梁权伟 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期235-237,257,共4页
许多大型水轮机投产后短期内都出现了不同程度的裂纹问题,研究表明动应力值较大是引起转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。该文对万家寨二号机组转轮进行了流固耦合计算,发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致。接着进行了动载... 许多大型水轮机投产后短期内都出现了不同程度的裂纹问题,研究表明动应力值较大是引起转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。该文对万家寨二号机组转轮进行了流固耦合计算,发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致。接着进行了动载荷作用下转轮的瞬态动力分析,采用Newmark算法得出了导叶开度变化时转轮的应力分布,当动载荷变化频率较大时,算出动应力大致在15~20MPa左右,与经验值比较接近。这些结果印证了动应力值过大是叶片产生裂纹的主要原因,从而为水轮机在设计阶段就进行优化提供了可能。 展开更多
关键词 水轮机水力学 混流式水轮机转轮 流固耦合 动应力
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考虑降雨入渗的边坡稳定性数值分析 被引量:48
13
作者 王述红 何坚 杨天娇 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1196-1200,共5页
运用有限元软件ABAQUS模拟降雨条件下边坡渗流场和应力场耦合,并运用强度折减法,以监控点位移突变和边坡形成连续贯通的塑性变形为边坡失稳判据,采用数值方法计算出耦合后的安全系数,结合孔压演变分析,综合评价稳定性变化情况,从而研究... 运用有限元软件ABAQUS模拟降雨条件下边坡渗流场和应力场耦合,并运用强度折减法,以监控点位移突变和边坡形成连续贯通的塑性变形为边坡失稳判据,采用数值方法计算出耦合后的安全系数,结合孔压演变分析,综合评价稳定性变化情况,从而研究降雨影响边坡稳定性的机理,并通过含黏土层边坡工程实例进行验证.分析发现:降雨强度越大,浅层土体形成饱和区的速度越快,极易发生浅层滑坡,而黏土层则会加速上述过程,危害边坡稳定性;在降雨24 h内,安全系数降幅最大.该研究结果为降雨条件下边坡事故防治提供了参考和分析依据. 展开更多
关键词 降雨入渗 边坡稳定性 有限元法 流固耦合 强度折减法
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二维楔形体冲击入水时的流固耦合响应的实验研究 被引量:35
14
作者 孙辉 卢炽华 何友声 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2003年第1期104-109,共6页
本实验使用V形剖面板模拟二维楔形体。通过动态测量结构在冲击入水过程中的加速度和应变 ,研究流固耦合作用下结构动态响应的特点。通过对不同的底面倾斜角和不同板厚的V形板加上不同的配重从不同的高度下落进行冲击入水的测量 。
关键词 实验 流固耦合 入水 楔形体
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传输管道流固耦合振动的模态分析 被引量:31
15
作者 焦宗夏 华清 于凯 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期316-320,共5页
通过线性化假设,并进行Laplace变换,导出了流体的流量、压力与管道的应力及位移之间的网络模型,通过求解特征根和特征向量建立起其传递矩阵,在该模型的建立中,首次考虑了频率相关摩擦项的影响,对仿真精度有较大的提高。另... 通过线性化假设,并进行Laplace变换,导出了流体的流量、压力与管道的应力及位移之间的网络模型,通过求解特征根和特征向量建立起其传递矩阵,在该模型的建立中,首次考虑了频率相关摩擦项的影响,对仿真精度有较大的提高。另外在空间管的节点耦合中,给出了两次坐标变换的方法,解决了空间管道的通用耦合算法,甚至可用于空间曲线管路的近似计算。大量的试验结果与仿真结果的比较证明了该方法的正确性。 展开更多
关键词 频率相关摩擦 流固耦合振动 管道流 模态分析
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风力机叶片流固耦合计算分析 被引量:45
16
作者 胡丹梅 张志超 +1 位作者 孙凯 张建平 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第17期98-104,18,共7页
流固耦合条件下风力机的叶片变形及振动分析对大型风力机的安全具有重要意义。采用k-SST紊流模型和滑移网格技术,对美国国家可再生能源实验室5 MW海上风力机叶片进行了流固耦合计算分析。结果表明:叶片在额定风速流固耦合作用下会发生... 流固耦合条件下风力机的叶片变形及振动分析对大型风力机的安全具有重要意义。采用k-SST紊流模型和滑移网格技术,对美国国家可再生能源实验室5 MW海上风力机叶片进行了流固耦合计算分析。结果表明:叶片在额定风速流固耦合作用下会发生挥舞方向、摆振方向变形和扭转变形,越接近叶梢,叶片变形就越大而且变形呈非线性分布,而在叶片中段容易出现应力集中区;考虑叶片流固耦合作用时叶片所受到的持续平均气动力略大于未考虑叶片流固耦合作用时的情况;叶片流固耦合作用使叶片气动攻角、扭矩增大;而叶片攻角增大是导致叶片扭矩增大的主要原因。 展开更多
关键词 风力机 叶片 流固耦合 计算流体动力学 数值模拟 有限元方法
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基于ANSYS的流固耦合动力分析方法 被引量:36
17
作者 杨吉新 张可 党慧慧 《船海工程》 北大核心 2008年第6期86-89,共4页
在对ANSYS的相关单元进行分析的基础上,重点研究悬臂柱模型在不同水位下的模态计算方法,进行数值演算,给出计算步骤和计算结果,并将其与实验结果相比较,验证计算方法的可行性。通过对不同水位下结构模型的前3阶频率值进行比较,得出当水... 在对ANSYS的相关单元进行分析的基础上,重点研究悬臂柱模型在不同水位下的模态计算方法,进行数值演算,给出计算步骤和计算结果,并将其与实验结果相比较,验证计算方法的可行性。通过对不同水位下结构模型的前3阶频率值进行比较,得出当水深达到一定深度时,水对结构的自振频率的影响将不能忽略的结论。 展开更多
关键词 流固耦合 深水结构 模态分析 ANSYS
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流固耦合系统动力响应的模态分析理论 被引量:27
18
作者 戴大农 王勖成 杜庆华 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1990年第4期305-312,共8页
本文建立了流固耦合系统动力响应的模态分析理论.首先,从系统的位移-速度势型有限元方程出发,导出了一对具有三个实对称矩阵的广义特征值问题以及两者的相互关系.然后,建立了模态矢量之间的广义正交关系,并通过模态展开,获得了系统对外... 本文建立了流固耦合系统动力响应的模态分析理论.首先,从系统的位移-速度势型有限元方程出发,导出了一对具有三个实对称矩阵的广义特征值问题以及两者的相互关系.然后,建立了模态矢量之间的广义正交关系,并通过模态展开,获得了系统对外界激励的响应的封闭解.作为示例,最后给出了两个具体问题的解答. 展开更多
关键词 流固耦合 动力响应 模态分析
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基于流固耦合理论的离心泵冲压焊接叶轮强度分析 被引量:42
19
作者 王洋 王洪玉 +1 位作者 张翔 徐小敏 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期131-136,I0002,共7页
为准确计算冲压焊接叶轮在流场中的应力及变形情况,借助计算机辅助工程(computer-aided engineering,CAE)多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行仿真计算。结果表明,各工况下叶轮应力分布明显不... 为准确计算冲压焊接叶轮在流场中的应力及变形情况,借助计算机辅助工程(computer-aided engineering,CAE)多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行仿真计算。结果表明,各工况下叶轮应力分布明显不均,并在局部出现应力集中。叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力在0.6倍设计流量工况下为48.7MPa,随流量的增大不断减小。叶轮总变形的最大位移在小流量工况下最大为0.0234mm,随流量的增大先减小后增大,并在1.2倍设计流量工况下出现最小值0.0170mm。为提高叶轮可靠性,应尽量避免其在小流量工况下运行。计算结果为冲压焊接叶轮的结构设计及分析提供有效依据。 展开更多
关键词 离心泵 有限元 应力分析 冲压焊接叶轮 流固耦合 等效应力
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膜结构风振分析的数值风洞方法 被引量:24
20
作者 武岳 沈世钊 《空间结构》 CSCD 2003年第2期38-43,共6页
本文在考虑膜结构与风荷载动力耦合作用的基础上,建立了一种适用于大跨度张拉结构风振分析的CFD数值模拟方法.计算采用分区迭代算法,包含流体域、结构域和网格域三个计算模块.流体域采用Taylor-Galerkin有限元法和大涡模拟技术来求解不... 本文在考虑膜结构与风荷载动力耦合作用的基础上,建立了一种适用于大跨度张拉结构风振分析的CFD数值模拟方法.计算采用分区迭代算法,包含流体域、结构域和网格域三个计算模块.流体域采用Taylor-Galerkin有限元法和大涡模拟技术来求解不可压缩粘性流动;结构域的计算采用UpdateLagrangian有限元列式和New-mark逐步积分技术,并考虑了几何非线性的影响;网格域采用拟弹性介质法来计算动态网格的更新.算例分析表明,数值风洞方法是求解流固耦合问题的一种有效方法. 展开更多
关键词 膜结构 风振分析 数值风洞 风荷载 动力耦合 数值模拟
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