船舶声弹性力学理论及其应用

船舶结构与水介质耦合动力学在改善船舶运动性能与结构安全性,控制船舶振动噪声与提高水下声隐身性能,进行船舶综合性能的优化设计等一系列工程问题中有广泛的应用需求与发展前景.本文综述了船舶水弹性力学、声弹性力学的理论方法、试验技术与应用技术的国内外研究进展;介绍了在带航速三维水弹性力学理论(Wu 1984)基础上,作者所在课题组近年来发展的船舶三维声弹性理论、计算技术及工程应用的概况.简述了船舶三维声弹性理论的部分应用情况及发展方向.     

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高, 液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加. 液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性, 是航天器动力学中一个备受关注的问题. 充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统, 理论上是无穷维的, 而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的, 因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰. 另外, 液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响, 在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应. 本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际, 从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状, 并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况; 然后, 以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件; 最后, 根据航天器工程的发展需求, 对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.      

线性与非线性流固耦合动力学数值方法的进展及应用

本文综述了线性与非线性流固耦合问题数值方法的进展及工程应用。讨论了四种数值分析方法：(1)混合有限元–子结构–子区域数值模型,以求解有限域线性流固耦合问题,如流体晃动,声腔–结构耦合,流体中的压力波,化工容器的地震响应,坝水耦合等;(2)混合有限元–边界元数值模型,以求解涉及无限域的线性流固耦合问题,如大型浮体承受飞机降落冲击,船舰的炮击回应等;(3)混合有限元–有限差分(体积)数值模型,以求解不涉及破浪和两相分离的非线性流固耦合问题;(4)混合有限元–光滑粒子数值模型,以求解涉及破浪和两相分离的非线性流固耦合问题。文中推荐分区迭代求解过程,以便应用现有的固体及流体求解器,于毎一时间步长分别求解固体及流体的方程,通过耦合迭代收敛,向前推进以达问题求解。文中选用的工程应用例子包含气–液–壳三相耦合,液化天然气船水晃动,人体步行冲击引起的声腔–建筑结构耦合,大型浮体承受飞机降落冲击的瞬态动力回应,涉及破浪和两相分离的气–翼耦合及结构于水上降落的冲击。数值分析结果与可用的实验或计算结果作了比较,以说明所述方法的精度及工程应用价值。文中列出了基于流固耦合的波能采积装置模型,以应用线性系统的共振及非线性系统的周期解原理,有效地采积波能。本文列出了231篇参考文献,以便读者进一步研讨所感兴趣方法。     

基于流固耦合的锚索涡激振动抑制方法研究

悬浮隧道锚索的涡激振动会加剧锚索的疲劳破坏,进而影响悬浮隧道的使用寿命和安全.文章在海洋立管涡激振动抑制研究的基础上,考虑悬浮隧道锚索倾斜角度和来流方向的影响,采用流固耦合的数值方法,对整流罩方法和三控制杆方法的抑制效果进行了分析.结果表明,在顺来流方向,两种方法均具有良好的抑振效果;锚索有倾斜的情况下,三控制杆方法的效果会有所提升;但在来流方向改变时,整流罩方法具有较强的适应性.     

REVIEW OF THE TENTH NATIONAL SYMPOSIUM ON FLUID MECHANICS FOR YOUNG SCHOLARS

简要介绍了全国流体力学青年研讨会的二十年历程,重点介绍了第十届全国流体力学青年研讨会的会议举办情况,对参加此次研讨会的各位专家、学者所做的报告内容进行了综述,并给出了一些建设性的意见和建议.     

AN APPLICATION OF THE CBS SCHEME IN THE FLUID-MEMBRANE INTERACTION

提出了一种不可压缩流体与弹性薄膜耦合问题的特征线分裂有限元解法. 首先, 给出了流场和结构的控制方程. 然后, 对流场、结构以及流固耦合的具体求解过程进行了描述. 其中, 流场求解采用改进特征线分裂方法和双时间步方法相结合的隐式求解方式, 并利用艾特肯加速法对每个时间步的迭代收敛过程进行了加速处理;结构部分的空间离散和时间积分分别采用伽辽金有限元方法和广义方法, 并通过牛顿迭代法对所得非线性代数方程组进行了求解;流场网格的更新采用弹簧近似法;流场、结构两求解模块之间采用松耦合方式.最后, 采用该方法对具有弹性底面的方腔顶盖驱动流问题进行了求解, 验证了算法的准确性和稳定性.此外, 计算结果表明艾特肯加速法可以显著地提高双时间步方法迭代求解过程的收敛速度.     

轴向流中悬臂柔性板流固耦合动力特性研究

论文从理论分析和实验研究两方面对轴向流中悬臂柔性板流固耦合动力特性作了研究.基于板的轴向不可延伸假设,采用Hamilton变分原理,推导了轴向流中悬臂板非线性运动偏微分方程,通过面元法计算悬臂板上下面压力差.采用伽辽金法离散该非线性运动偏微分方程,通过无量纲化物理参数,研究了系统无量纲颤振临界速度,给定流速下悬臂板末端响应时程曲线及板的振动响应,并与风洞模型实验结果进行了对比.研究结果表明,系统发生Hopf分叉,流体流速大于颤振临界速度时,悬臂板发生稳定的极限环颤振,悬臂板振幅、频率随流速的增加而增大.     

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.      

第九届全国流体力学青年研讨会报告综述

简要介绍了第九届全国流体力学青年研讨会的会议举办情况,对参加此次学术研讨会的各位专家、学者所做的报告内容进行了综述,并给出一些建设性的意见和建议.      

2014年度力学科学处基金项目受理情况介绍

介绍了2014年度国家自然科学基金委员会数理科学部力学科学处受理的面上项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、重点项目、优秀青年科学基金、国家杰出青年科学基金和海外及港澳学者合作研究基金项目的申请情况.      

REVIEW OF THE SEVENTH NATIONAL SYMPOSIUM ON DYNAMICS AND CONTROL FOR YOUNG SCHOLARS

简要介绍了第七届全国动力学与控制青年学者学术研讨会的会议情况,对各位学者所做的报告内容进行了综述,给出了一些建设性的建议和意见。     

第9届全国动力学与控制青年学者学术研讨会报告综述

简要介绍了第九届全国动力学与控制青年学者学术研讨会的会议举办情况,对参加此次学术研讨会的各位专家、学者所做的报告内容进行了综述,并给出一些建设性的意见和建议.      

动脉粥样硬化晚期斑块局部应力的流固耦合分析及体外反搏作用干预机制的研究

生物机械力被普遍认为在动脉粥样硬化晚期斑块进程及最终破裂中起着重要的作用. 本文的目的是研究血流灌注、动脉内压、斑块组织和材料特性等因素对斑块局部流动切应力 及斑块结构应力 水平的影响,同时评价临床中的非介入辅助循环疗法 —— 体外反搏 对斑块局部应力水平的干预作用. 采用结合猪动物模型在体测量及三维流固耦合数值仿真的研究方法. 结果显示,当斑块狭窄率一定时 (50%),斑块的流动切应力水平主要由血流灌注决定;而斑块结构应力主要取决于动脉内压及纤维帽 厚度. 只有在纤维帽足够薄的情况下,斑块的材料特性才对斑块结构应力有显著影响;当纤维帽最薄同时脂质池材料最软时,临界斑块壁面应力 因子达到极值的 257.72 kPa (正常生理状态) 及 300.20 kPa (体外反博状态). 由于最大壁面应力、临界斑块壁面应力 及全局最大斑块壁面应力 三个应力因子中,只有临界斑块壁面应力 明显受纤维帽厚度和脂质池材料特性的影响,因此 其可能与斑块进程的关联最为紧密. 此外,体外反博作用明显提高了晚期斑块的应力水平,这是否会给斑块进程及重构带来慢性的影响,需要作更深入的研究.