流固耦合系统动力响应的模态分析理论

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.     

管阵动力响应的模态分析

核反应堆堆心、热交换器之类的重要结构是由浸没在流体中的有着规则排列的大量管梁组成，流固耦合作用是影响管束动力响应的重要现象。很多研究者为提出一个可以预测管束全局行为的数学模型作为不少努力。本文基于张提出的三维耦合模型，在流体域采用流体速度势而非压力作为基本未知量，从而避免了采用压力格式而导致的系数矩阵非戏称性的弊端，得到了易于注解的陀螺系统，通过计算系统特征值，利用模态展开法，求得了地震激励下系统     

分析薄壳塑性动力响应问题的一种数值方法

探索薄壳塑性动力响应问题的分析与数值方法,是当今力学中的重要课题之一。笔者曾给出联合应用拉普拉斯变换和最小二乘法分析梁、板、壳塑性动力响应的方法。本文分别针对承受中载的短壳和长壳问题,给出只用最小二乘法分析其塑性动力响应的方法。     

结构物在水下运行过程中的自振特性及动力响应研究

本文运用流体力学、结构动力学及变分原理推导了结构－流体耦合系统的动力学方程，并对水下结构物在运行时的自振特征及动力响应给出了数值计算分析。     

离心风机蜗壳在内部流场脉动压力激励下的动力响应研究

数值模拟了离心风机蜗壳在非定常气动载荷下的动力响应.首先考虑蜗壳与轮盘轮盖之间的间隙及轮盖处的内泄露,模拟了T9-19No.4A离心通风机内部三维非定常流场.然后将作用在蜗壳表面的非定常气动力加载给蜗壳模型,并采用有限元方法对蜗壳进行动力响应计算,实现了从流体到结构的单向耦合.最后将实验测量和数值计算蜗壳的振幅进行对比,结果吻合良好,表明本文的方法能够较为准确地模拟蜗壳在内部流场脉动压力激励下的动力响应.     

CFD／CSD紧耦合及新型动网格方法在气动弹性模拟中的应用

研发出一套基于紧耦合的CFD／CSD耦合方法和程序。非定常流场求解采用混合网格有限体积方法,时间离散采用基于LU-SGS隐式格式的双时间步长法。通过求解雷诺平均Navier—Stokes方程模拟了三维机翼的跨音速气动弹性现象。得到了其颤振边界,与风洞实验结果吻合较好,验证了方法和程序的有效性和实用意义。同时将Delau...     

真实爆炸容器壳体动力响应的强度分析

运用DYTRAN编码中的欧拉计算方法,得到了作用于内径3．80m、壁厚0．09m的球形爆炸容器内壁的反射冲击波压力;再运用三维LS－DYNA有限元编码,对容器壳体在反射冲击波载荷作用下的瞬态响应进行了强度分析,着重给出了爆炸容器的几个主要开孔部位的等效应力云图。分析结果对类似工程设计和爆炸容器的安全使用具有实际意义。     

汽车侧门受侧向撞击动力响应的数值分析

给出了一个汽车侧门受到侧向撞击时的动力响应的数值分析结果,由能量平衡图和时间步长的稳定性来判断,此数值分析是稳定可靠的。对关键测试点的速度 时间曲线和实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

球形爆炸容器动力响应的强度分析

运用DYTRAN编码中的欧拉计算方法,模拟了作用于球形爆炸容器内壁的反射超压波形。运用解析法和三维有限元编码LS-DYNA,对容器壳体在反射超压作用下的动力响应进行了强度分析,给出了容器的几个特征点的等效应力历史和重要区域的等效应力云图。分析结果对类似爆炸容器的强度设计和安全使用具有参考意义。     

飞行器跨声速气动弹性数值分析

将流体和结构运动方程分别构造为含子迭代的计算格式,发展了一种紧耦合气动弹性分析方法.其中流体计算的空间离散采用改进的HLLEW(Harten—Lax-van Leer-Einfeldt-Wada)格式. TFI(transfinite inter- polation)方法用于生成随结构变形的自适应多块动网格.利用所发展的方法,对-翼-身-尾气动外形,数值预测了马赫数在0.3-1.3范围内的气动颤振边界.并详细研究了时间步长、子迭代步数、初始流场、耦合方法、疏密网格对颤振计算结果的影响.     

基于流固耦合的跨声速压气机叶片静气动弹性分析

采用时域推进的双向流固耦合方法对一级跨声速压气机叶片流场和固体域进行数值模拟,研究跨声速转子叶片静气动弹性变形及其对气动性能的影响,对比分析了100%转速下转子叶片的气动特性和固有频率的变化.结果表明:转子叶片在气动力和离心惯性力共同作用下的弹性变形以扭转变形为主,气动力对叶尖前缘变形量的影响可达总变形量的20%.转子叶片变形后通道流通能力增强,气动特性曲线向大流量方向偏移.     

NUMERICAL SIMULATION STUDY ON DYNAMIC RESPONSE UNDER RUDDER CONTROL

针对超声速机动飞行器舵面操纵动态响应问题,开展了相应的算法研究,建立了适用于模拟舵面与弹体相对运动及弹体气动力动态响应的非定常计算方法和局部动态网格变形技术. 以方形弹超声速绕流为例,验证了所提出的定常和非定常计算方法. 对方形弹舵面操纵的3种基本过程(脉冲、阶跃和谐波) 进行了数值模拟,获得了舵面操纵下导弹的俯仰运动对操纵的响应过程. 研究结果表明,快速的舵面操纵过程,甚至会导致导弹的俯仰运动失稳.     

STABILITY AND ACCURACY OF NUMERICAL BOUNDARY CONDITIONS IN AEROELASTIC ANALYSIS

This paper analyses the accuracy and numerical stability of coupling procedures in aeroelastic modelling. A two-dimensional model problem assuming unsteady inviscid flow past an oscillating wall leads to an even simpler one-dimensional model problem. Analysis of different numerical algorithms shows that in general the coupling procedures are numerically stable, but care is required to achieve accuracy when using very few time steps per period of natural oscillation of the structure. The relevance of the analysis to fully three-dimensional applications is discussed. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

湍流燃烧数值模拟研究的综述

对湍流燃烧数值模拟的研究进行了综合评述,其中涉及直接数值模拟（ＤＮＳ）、大涡模拟（ＬＥＳ）、随机涡模拟、概率密度函数输运方程模拟、条件矩模型、简化概率密度函数模型、关联矩模型以及基于简单物理概念的一些唯象模型等几个重要方面．对全面了解湍流燃烧数值模拟的研究现状及前景提出了看法．     

湍流──达·芬奇的科学追求

通过达·芬奇的几幅有关流体运动的素描来探讨这位文艺复兴时期的艺术大师对湍流问题的思考．达·芬奇对流体力学的主要贡献包括：三维不定常流场显示,钝体绕流,涡运动等．     

叶轮机械叶片颤振研究的进展与评述

颤振一类气动弹性稳定性问题是叶轮机械设计者关心的主要问题之一. 本文对叶轮机械叶片颤振模型研究的进展进行了回顾, 包括非定常气动模型、结构模型以及颤振的预测方法等内容. 通过对颤振模型研究的介绍, 讨论了不同方法处理颤振这类气动弹性稳定性问题的优缺点. 提出了关于颤振研究目前的不足和部分难点, 认为流固耦合模型的研究值得进一步重点关注.      

隔板支持刚度对机翼前缘鸟撞性能的影响分析

基于瞬态动力学软件PAM-CRASH,引入状态方程定义鸟体的本构模型,计算铝合金平板在鸟撞下的动态响应,计算结果与试验结果吻合较好,表明建立的数值模型合理可靠.采用数值模拟计算了两种结构形式以及相同结构形式不同隔板厚度的前缘结构在鸟撞下的动态响应,比较其吸能情况,并分析其规律,为后续前缘结构设计工作提供支持.     

大型上翻式拱形钢闸门流固耦合静动力特性分析研究

论文通过三维空间有限元数值计算模型研究大型上翻式拱形钢闸门的流固耦合动力特性,取得闸门结构流固耦合条件下的振动模态参数,为闸门结构共振分析和采取合理的控振措施提供了科学依据.此外对控制结构强度和刚度的门顶溢流工况进行了闸门位移和应力分布分析,指出了存在问题和修改方向.论文成果可供类似工程设计时参考.     

航行体水下发射流固耦合效应分析

对于水下发射过程来说,掌握水动力载荷形成机理与结构响应特征是一个亟待解决的问题.研究该问题需要考虑含相变的复杂多相流动,变约束的结构运动以及这二者之间的耦合效应.本文采用松耦合的方法,以流体求解器为主体,将自编的固体结构程序接入流体求解器中,在每个时间步长内分别对流体动力学方程和固体结构动力学方程进行求解,通过流固界面之间的数据交换实现耦合计算.其中,流体求解器基于雷诺平均纳维斯托克斯方程,采用单流体模型处理多相流问题,引入空化模型描述空化相变,采用修正的湍流模型模拟混合物的湍流效应,并采用动网格技术处理移动边界问题.航行体的刚体运动和结构振动分开求解.结构求解器采用等效梁模型描述结构的振动,通过坐标变换给出了随体坐标系下的结构振动方程,求解方法采用时域积分法.所建立的流固耦合方法不仅能够捕捉到自然空化的演化情况,还可获得航行体所受水动力、结构振动响应以及截面的弯矩,获得了实验的验证.基于该方法研究了结构刚度、发射速度对空泡溃灭与结构振动耦合效应的影响规律.结果表明,同步溃灭是影响结构载荷的主要因素,包括溃灭压力幅值,溃灭压力作用位置,以及溃灭压力与结构振动的相位关系.