可记录光盘染料旋涂工艺的流动机制研究

染料旋涂是可记录光盘复制中的核心工艺，依据实验给出旋涂工艺的简化模型，并运用旋转圆盘理论分析流体流动，考虑基片上的预刻槽对流动的影响，考虑基片表面和流体间的滑移效应，导出运动方程、边界方程和连续方程，最终导出染料旋涂的控制方程。     

水锤作用下管路系统支撑处位移与输送速度的关系

以深海采矿扬矿垂直输送硬管在水力输送过程中的管道为研究对象,分析了管道系统在水锤冲击下考虑泊松耦合时流体和结构的瞬态响应;建立了管道系统在瞬变流情况下的流固耦合模型,获得了弱约束条件下支撑处管道位移随输送速度的变化关系。结果表明:随着输送速度的提高,当管道输送系统发生水击现象时,压力发生剧烈变化,导致管道支撑点处X、Y、Z三个方向的位移均大幅增加;X、Y方向位移呈现对称性,由于Z方向与轴向一致,水击发生时其位移变化较小;随着时间的延续,Z方向位移变化愈发明显;当采用较高输送速度输送矿石浆体时,管道与两相流浆体相耦合的振幅较大。以上结果可为管道设计中的支撑结构设计提供参考。     

自主泳动弹性绳的轨迹模拟

研究柔性结构与流体间耦合作用,可以促进软体机器人的发展.通过速度快、精度高的数值模拟方法模拟水下机器人的实时运动轨迹,可以为真实实验提供测试方向与理论牵引,增大实验成功的可能性.本文研究有自主运动趋势的弹性绳在二维流场中的运动轨迹.首先,对弹性绳离散化建模并同时考虑拉压与扭转弹性力,从能量角度建立动力学方程,此模型可以较为真实地反映弹性绳内力对其运动产生的作用.然后基于半拉格朗日法建立流体求解器. 最后,提出简化的基于动量方程的浸入边界法作为耦合算法,通过直接修正网格速度代替浸入边界力法中力源项的作用.使用这种算法求解耦合作用兼具简便性与快速性.对弹性绳模型、流体模型与简化耦合模型依次解算,模拟了正弦形式波动弹性绳在水中的运动轨迹.结果显示,弹性绳在弹性内力与流固相互作用力共同影响下,该种新的浸入边界法可以实现对水下弹性绳运动轨迹的模拟.数值实验显示弹性绳的自主运动参考模型的初相位改变时,其前进方向会发生改变.该仿真模拟算法与平台可以为细长形软体水生机器人的研发提供参考.      

直立码头前船波浪力耦合计算模型

建立了外域用Boussinesq方程、内域用刚体运动方程的直立码头前二维船剖面波浪力的时 域计算耦合模型，内域与外域在交界面的匹配条件是流量连续和压力相等. 进行了相关模型 实验，并把计算结果与实验结果进行了对比. 推导了船体与水底和直立码头之间间隙内流体 运动的自振频率，研究了间隙内流体运动的共振现象.     

考虑质量耦合效应的流体饱和孔隙介质波动方程

利用混合物理论和连续介质力学的基本原理，推导了考虑质量耦合效应的流体饱和弹性孔隙介质的波动方程，并与经典的Biot波动方程进行了对比．结果表明：该文得到的方程包含了Biot波动方程的所有要素，且形式与后者基本相同．比较而言，该文推导过程具有更明确的物理意义，概念也更完整．     

基于修正偶应力理论和微分变换法的输流微管自由振动

考虑黏性流体在微管道内作层流运动,给出了黏性流体在微圆管中的速度分布方程。利用修正偶应力理论和Euler梁模型建立细长微管模型,根据虚功原理推导输流微管流-固耦合振动方程,应用微分变换法计算微管道系统的固有频率。通过与有限差分法求解结果对比,证明微分变换法具有较高的精度。随后,研究了流体黏性、微管材料内禀特征尺寸和预应力对固有频率的影响。最后,分析了流体临界流速与预应力的关系。数值结果表明：在流体平均速度相同的条件下,考虑流体黏性时微管各阶固有频率偏低,并且平均速度越大,这一趋势越明显。     

层状两相流动的基本方程式

本文将两相流动的雷诺方程沿深度方向进行平均,出求了平均后的运动方程、连续方程和能量方程式,在适当的物理假定下,简化得到可适用于考虑固-液流动及气-液流动两种情况下的两相层状流动基本方程.     

水下爆炸气泡运动的理论研究

在适当深度的无黏、无旋的流体中对水下爆炸气泡运动特性进行理论研究。综合运用势流理论、能量方程以及拉格朗日方程建立气泡在不可压缩流体中的运动方程。并以此为基础,考虑重力、浮力以及阻力等多种因素对气泡运动特性的影响,通过引入新的边界积分方程,结合分析力学中完整非保守系统的Hamilton原理建立气泡在可压缩流体中的运动微分方程,并对微分方程进行求解。将方程的数值解与MSC.DYTRAN非线性有限元软件的计算结果以及经验公式进行对比,方程数值解与二者都具有较好的一致性。结果表明,基于非保守系统可压缩流体建立的气泡运动方程正确、可行,相关的理论研究和计算具有一定参考价值。     

流固耦合振动问题的普遍方程与解法

本文研究了在一般正交曲线坐标下，分别就理想不可压缩流体与粘性流体两种不同情况时的流固耦合振动。综合运动了混合座标法（动－－静坐标法）及曲面映射方法，考虑了原来难以描 流体自由表面和流固耦合面的运动情况，并保持了方程中的非线性项，从而获得了一组较为切合实际的方程，以描写流固耦合振动的性态。讨论了由Ｍ个弹性 本（或弹性板）组成的容器与流体耦合振动的方程的解法，并举例说明这类问题的方程的具体形式与解当，     

随机海浪三维水动阻尼力的线性化和数值研究

本文在计算水动阻尼力的公式中,考虑各方向运动分量之间的耦合,采用速度向量模的概念,在此基础上推导出线性化等效流体阻尼矩阵的积分表达式.本文给出平面结构情况下单元体(杆件)取不同方向时等效流体阻尼系数的数值结果.分析和算例的数值结果都表明,等效流体阻尼系数与结构杆件在空间中的方位有关,与各方向运动分量之间的耦合有关.本文给出的公式能正确地反映这些现象.     

自主泳动弹性绳的轨迹模拟

研究柔性结构与流体间耦合作用,可以促进软体机器人的发展.通过速度快、精度高的数值模拟方法模拟水下机器人的实时运动轨迹,可以为真实实验提供测试方向与理论牵引,增大实验成功的可能性.本文研究有自主运动趋势的弹性绳在二维流场中的运动轨迹.首先,对弹性绳离散化建模并同时考虑拉压与扭转弹性力,从能量角度建立动力学方程,此模型可以较为真实地反映弹性绳内力对其运动产生的作用.然后基于半拉格朗日法建立流体求解器.最后,提出简化的基于动量方程的浸入边界法作为耦合算法,通过直接修正网格速度代替浸入边界力法中力源项的作用.使用这种算法求解耦合作用兼具简便性与快速性.对弹性绳模型、流体模型与简化耦合模型依次解算,模拟了正弦形式波动弹性绳在水中的运动轨迹.结果显示,弹性绳在弹性内力与流固相互作用力共同影响下,该种新的浸入边界法可以实现对水下弹性绳运动轨迹的模拟.数值实验显示弹性绳的自主运动参考模型的初相位改变时,其前进方向会发生改变.该仿真模拟算法与平台可以为细长形软体水生机器人的研发提供参考.     

考虑非线性变形的航天器柔性附件建模方法

针对航天器的柔性附件,将其简化为常见的大范围运动空间柔性梁结构。根据柔性体的非线性变形原理,考虑了弯曲和扭转的非线性因素的影响,在柔性梁的三个变形方向上均考虑了变形的二次耦合项。利用有限元方法进行离散并用Lagrange方程建立了非线性变形模式下的动力学方程,包含了较为完全的刚度矩阵和各种耦合项。对一大范围运动的空间梁进行了仿真计算,表明在运动速度较大并且基座具有大范围运动时,一次耦合模型与本文模型有一定差异,且初始变形对两种模型也会产生影响。     

气液两相瞬变流的流固耦合模型研究

传统的气液两相流瞬态分析和管道动力响应计算是分开的，存在一定的缺陷．针对石油工业中常见的多相混输问题，介绍了常见的气液两相流瞬态模型和流固之间存在的耦合机理，在不作薄壁管假设的前提下推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型．与现有相似模型的对比分析表明，这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式，可以适应实验和／或仿真研究的需要．     

旋转运动柔性梁的假设模态方法研究

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型. 首先采用Hamilton原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究. 研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知的动力特性研究. 研究结果显示，当系统大范围运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差. 一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究.     

双层旋转壳流固耦合振动有限元分析

本文采用旋转壳体元和流体元分析了双层旋转壳体流固耦合振动特性,基于Novozhilov壳体理论、水弹性理论以及Hamilton变分原理推导出耦合系统运动方程,计算结果与实测值比较表明本分析方法有较好的精度。     

材料生长与变形的连续介质模型:平衡方程与边界条件

本文探讨了生长变形体连续介质模型的平衡理论框架。文中首先证明了广义输运定理，根据这个定理，推导了生长变形体广义平衡方程的一般形式及其生长边界条件，并导出反映生长边界面对平衡影响的生长耦合函数。在此基础上，具体讨论了质量、动量、动量矩以及能量平衡方程，并对其中相伴出现的一些新的物理量进行了评述；此外，还根据非平衡热力学理论的局域平衡假设建立了描述生长变形体热力学过程的熵不等式。这些方程唯象反映了生长变形体在运动、变形与生长过程中各物理量之间的耦合关系与平衡规律。     

多组份流体质量扩散的格子Boltzmann方法

建立了多组份流体、多速度格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型．利用Ｃｈａｐｍａｎ－Ｅｎｓｋｏｇ渐近展开法推导了流体质量扩散方程和运动方程，并且给出了相应的扩散系数和粘性系数表达式．通过正弦波的衰减过程测量了两流体间的扩散系数．测量值与理论预测值相吻合．作为本模型的一个应用实例，对圆形区域内的静止流体在具有均匀来流速度的另外一种流体中的对流扩散问题进行了数值模拟．     

矩形薄板的刚柔耦合动力学系统的建模理论研究

以由中心刚体与柔性板构成的刚柔耦合系统为对象,研究了零次近似模型和耦合模型在动力学方程以及实际计算中表现出来的差异.首先,从连续介质理论出发,在变形位移中,计及了在结构动力学中被忽略的变形位移的附加耦合项,建立了由中心刚体与柔性板构成的刚柔耦合系统的一次近似动力学模型.用一致质量有限元法对柔性板进行离散,基于Jourdain速度变分原理推导出大范围运动为自由的柔性板刚柔耦合动力学连续变分方程.通过数值仿真研究中心刚体和柔性板的大范围运动和变形运动的规律,揭示刚柔耦合动力学性质.通过数值对比,指出了零次近似模型的局限性.     

受谐激励的带压电层充液圆柱容器稳态解

基于线性压电理论和可压缩无粘流场运动方程,推导出无限长带压电圆柱体流固耦合稳态解,由于流固耦合与力电耦合的复杂性,文中只考虑轴对称问题,研究了流固耦合智能结构在不同电压作用下位移、应力、流体压力的分布情况,为振动噪声控制奠定基础。     

虚拟区域法在流固耦合问题中的应用

将多相流领域内的虚拟区域法引入到流固耦合问题的分析中,将固体视为应变率为零的虚拟流体,对流体和虚拟流体均以速度和压强作为基本变量,采用Navier-Stokes方程作为控制方程,同时求解流体域和虚拟流体域, 得到整个计算域的流场分布,应用分布式拉格朗日乘子法在虚拟流体域上施加刚体约束, 以保持虚拟流体的刚体外形和运动形式,最终建立一种流固耦合模型及其数值求解方法. 通过对粒子流问题和流固耦合问题进行数值模拟,验证了此模型的正确性和求解大变形/运动流固耦合问题的有效性.