涡激诱导并列双圆柱碰撞数值模拟研究

圆柱类结构物的涡激振动是工程中较为常见的一种现象,如果圆柱结构物之间的距离较小, 就会产生涡激诱导碰撞现象,而涡激碰撞会比涡激振动对结构物疲劳破坏产生更严重的威胁.采用浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时出现数值求解不稳定问题,采用有限元方法对圆柱的运动和碰撞进行求解,通过数据回归方法建立了流体流动条件下的润滑模型,对不同间隙比下涡激诱导并列双圆柱振动及碰撞过程进行了数值模拟, 数值结果表明,如果两圆柱产生了碰撞将会有连续的碰撞发生, 碰撞时出现了多阶频率,振动主频率要比无碰撞时大, 两圆柱碰撞时的相对速度比自由来流速度小;当两圆柱相互接近时, 随着涡环分离角度的逐渐倾斜, 横向流体力先逐渐减小,当两圆柱间涡环开始相互影响发生挤压时, 横向流体力开始逐渐增大;当两圆柱开始反弹时, 两圆柱间形成了低压区, 改变了横向流体阻力的方向,使两圆柱又产生了接近运动,如此反复从而产生了碰撞后横向流体力和圆柱速度的振荡现象.      

基于慢动力法的受压扭管柱静力屈曲分析

钻井和螺杆泵采油等管柱,作业时同时承受轴向压力和扭矩载荷作用,提出了慢动力法计算管柱的压扭屈曲问题.利用瞬态动力学方法解决静力学问题的思想,分析了慢动力法中载荷的施加,以及阻尼和子步数的选取策略.数值结果表明:在轴向压力与扭矩单独或同时作用时,求得的有限元解均与解析解吻合较好.文章还分析了慢动力法计算效率的影响因素.     

基于TNT当量法的储罐内爆压力简化计算与应力分析

以立式拱顶储罐为研究对象,综合考虑储罐内气体容积与几何结构的影响:依据TNT当量法推导了内爆载荷下储罐超压计算公式并计算得到了储罐内不同起爆点下的超压分布曲线.当起爆点在储罐中轴线时,罐顶或罐底压力约为相反侧的6倍;当起爆点在靠近罐壁一侧时,靠近爆炸点一侧的罐顶或罐底压力约为相反侧的30倍.最后,通过储罐内爆载荷下的动力学仿真计算,对储罐在不同起爆点和不同液位的破坏情况进行了评定.有限元计算结果表明:储罐在操作过程中应控制其液位在半罐以上,可保证在任意起爆点位置罐顶均先与罐底发生破坏.     

基于浸入边界-有限元法的流固耦合碰撞数值模拟方法

针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对固体的运动和碰撞进行求解,以分域耦合方式实现流体域和固体域的耦合求解.通过与静止流体中球形颗粒与壁面正碰撞和斜碰撞的实验数据对比,验证了建立的数值模拟方法对流体中固体与固体碰撞数值模拟的正确性,获得了流体域流场在碰撞前后随时间的变化,同时通过该文建立的数值模拟方法也获得了固体域中固体的碰撞力和应力.未来,将把该数值模拟方法应用到流体流动环境中,如固体颗粒对管道的冲蚀、流体诱导海洋立管之间的碰撞、坠物对海底管道的撞击等.