轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术，求解流体与固体的耦合方程，对轴流式叶片进行了振动特性分析，分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率；并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化，分析了叶片在水中的振型。结果表明，叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低，且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析，表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。     

薄板低频声辐射效率的研究

由声辐射效率的模态分析方法,对一矩形简支薄板,利用有限元分析得到模态参数和振型,获得了其在低频（０￣２００Ｈｚ）范围内各阶模态的辐射效率,并在单点简谐激励的条件下,通过对结构辐射效率表达式的计算分析,提出了一种低频结构辐射效率的近似计算方法。同时还比较了激励位置对结构辐射效率的影响。     

复合工况下高速铁路声屏障的流固耦合研究

通过在流体模块Fluent中求解RNGκ-ε两方程模型,得到高速铁路声屏障在列车风致脉动力和自然风荷载联合作用下的外流场分布,并将分析结果作为载荷通过耦合交界面传递给结构分析模块Structural(ANSYS),进行瞬态动力学分析和模态分析,得到声屏障在此激励下的等效应力、总变形量及其模态分布。研究结果表明:相对于列车风致脉动力,自然风荷载对于声屏障的结构性能影响更为显著,声屏障的固有频率远小于外部激励频率,不会发生结构共振现象。     

基于流固耦合的过桥水管动力特性研究

基于流固耦合理论,采用实验和数值模拟相结合的方法对过桥水管的动力特性进行研究.结果表明:双向流固耦合数值模拟得到的过桥水管的固有频率与实验结果较为相近,在流速变化范围不大的情况下,水体的流速对管道的固有频率影响很小,而且随着流速的增大,管道的固有频率减小;由于管道为弯管,随着速度的增加,水体对管道的压力和拉直作用相应增加,管道的变形和应力也随之增大.     

基于流固耦合的客车风窗玻璃风致振动特性

采用流固耦合计算方法对客车聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层风窗玻璃进行了数值模拟计算,获得了客车在高速行驶中风窗玻璃的风致振动特性,及厚度变化对风窗玻璃变形和应力的影响规律.研究结果表明,厚度减小,风压变形明显增大,但应力变化不规律.研究结果可以为高速客车及列车风窗玻璃优化设计提供相关理论基础.     

出海管路系统的噪声振动及声辐射

采用统计能量分析方法（SEA），通过一定的简化，建立了出海管路系统声传播和管口声辐射的简单SEA理论模型，分析了在平稳随机噪声激励下通海管路系统各组成结构的能量分布和管口声辐射功率，并研究和对比了不同管道几何参数情况下的管口辐射噪声，实验结果与其他数值分析方法所得结果较为吻合，SEA为各种声学参数的计算年代了一条较为可靠和高效的途径。     

薄膜结构与风的流固耦合作用

作用在薄膜结构上的风荷载,除与气流本身的特性有关外,还与结构在风荷载作用下的位移、速度、加速度等有关.薄膜结构与风环境之间存在着较强的流固耦合作用,并且这种耦合作用往往对薄膜结构的振动起控制作用.将两者的耦合作用分为静力耦合作用和动力耦合作用,并主要针对静力耦合作用所涉及的几个因素运用解析公式的说明方法进行了初步分析总结,为进一步的风致动力响应研究和风洞试验研究奠定了理论基础.     

套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明,套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。     

流固耦合管道系统的模态分析和汽蚀监测

运用数值计算和试验研究相结合的方法对流固耦合管道系统进行了模态分析,并将其用于轴流泵的汽蚀共振分析,从而提出了水泵汽蚀监测的振动分析法。     

一种耦合算法的三维弹性空腔声振特性分析

针对三角形单元边界适应性强、位移插值简单、自由度低的特点,利用面积坐标构造了平板三角形单元位移插值函数,以对平板进行了动力学建模分析。此后,为了对三维弹性空腔声振问题进行较高精度的数值分析,弹性板采用三角形单元进行离散处理,而声腔域使用了在声学问题上具有精度高的光滑有限元方法建模。充分考虑结构和声场的耦合作用,建立了该类结构声振分析的一种新模型,并分析了弹性空腔声振特性。通过数值计算对比表明,这种耦合模型计算规模较小、计算结果精确,可进一步应用于形状更复杂的三维弹性空腔声振特性分析中。     

内嵌晃荡液体减振的流固耦合分析

在考虑流体黏性及表面张力作用的情况下,采用分离求解器交错迭代隐式耦合的方法建立了内嵌晃荡减振器的弹性悬臂梁做自由衰减振动或受迫振动的流固耦合物理模型,并对悬臂梁晃荡减振过程进行了瞬态数值计算;结合计算结果与减振理论,分析了内嵌流体导致梁振动衰减的主要原因,认为悬臂梁振动过程中液体受迫晃荡受自由晃荡的影响,其相对位移滞后于梁的振动位移,液体对梁的阻碍冲量大于激励冲量。由此,提出了以振动频率与驻波频率的比值γ来表征自由晃荡,并采用数值模拟方法比较了不同γ下方形容器受迫摇晃的液体作用力,以及晃荡减振器在悬臂梁自由衰减振动中的减振性能。结果表明,γ值越大,单位质量液体的减振效果越明显。该结果可为优化晃荡减振器研究提供参考。     

敷设声学覆盖层结构在水下爆炸作用下的流固耦合分析

为解决水下冲击波作用下带声学覆盖层结构的动响应问题,提出了敷设声学覆盖层结构遇水下非接触爆炸冲击波的流固耦合分析方法.冲击早期高频作用段采用声学波动理论,以冲击波在水、覆盖层、钢板中的传播过程为研究对象,利用冲量等效修正冲击早期Taylor板模型反射系数;冲击波早期高频段过后,覆盖层的影响主要体现在其质量效应上,将覆盖层质量加载在其对应的结构有限元结点上,并结合二阶DAA,给出流固耦合计算方法,分析结构动响应,该方法大大缩减了有限元计算规模.最后实施了敷设去耦瓦加筋圆柱壳水下爆炸试验,其加速度峰值与试验偏差在20%以内,速度峰值偏差在10%以内,应变峰值偏差在15%以内,充分验证了计算方法.     

Fluid-Structure Interaction During Large Amplitude Sloshing and TLD Vibration Control

The arbitrary Lagrange-Eulerian (ALE) finite element method (FEM) was successfully used to analyze fluid-structure interaction with a free surface. The fluid was regarded as a convection dominated incompressible viscous with the viscous and the slip boundary conditions. Generalized variational principles were established for the problem with large amplitude sloshing due to the free fluid surface. The Newmark-β integration method with a predictor-corrector scheme was used to solve the nonlinear dynamic response of the coupled ALE-FEM equations. Numerical examples were given to analyze the effects of a tuned liquid damper (TLD) setting on the structure. The horizontal nonlinear displacement responses in time domain at the top of the structure and the fluid elevation histories along the wall were computed and compared with predictions of a simplified mass-spring system.     

无伞末敏弹稳定翼片流固耦合特性研究

以某结构双翼无伞末敏弹C型尾翼为研究对象,通过对其进行流固耦合计算,得到此类型尾翼的气动特性。结果表明,尾翼平面部分在气动力作用下仍保持平面形状,两弯折面发生弯曲。刚、弹性尾翼阻力系数及二者的偏差随攻角的增大而减小,在30°攻角时两种尾翼的阻力系数几乎相等。迎风面最大压力随来流速度的增加呈现递增趋势,相同来流速度时,大攻角下的最大压力大于小攻角下的最大压力。尾翼对称面背风面出现两个大小大致相等的涡,呈现蝴蝶状低压区。     

基于流固耦合的直接虚拟区域法离散δ函数研究

研究直接虚拟区域法中欧拉点和拉格朗日点上速度、虚拟力等物理量的交换函数在流固耦合计算中的应用.通过直接虚拟区域法中运用不同类型和收敛阶的离散δ函数,对颗粒在液体中自由沉降的流固耦合问题进行分析,得出了选择直接虚拟区域法中离散δ函数的原则.根据欧拉网格特点选择δ_h(r)函数和拉格朗日网格特点选择δ_h(r)函数,率先提出了δ_h(r)≠δ_h(r)的新构造方法,使直接虚拟区域法能更加精确和高效地模拟出颗粒在流体中自由沉降这一重要问题,并通过了数值试验论证.     

单叶式主动脉瓣流固耦合仿真与力学性能分析

目前,单叶式主动脉瓣(Unicuspid Aortic Valve, UAV)的研究大多集中在对患者的相关疾病进行统计分析,而对其力学性能的研究较少。本文通过COMSOL有限元软件,建立了基于任意拉格朗日-欧拉法的三维UAV流固耦合模型,分析了不同条件下的UAV在整个收缩期的血流动力学特征。首先,通过对Poiseuille流和圆柱体后弹性梁流致振动的仿真,验证了所建立模型和算法的有效性。随后,对UAV问题进行了流固耦合仿真和较为深入地力学性能分析。结果显示,UAV相较于正常主动脉瓣表现为狭窄,具有过高的跨瓣压差以及流体剪切应力;低血流流量下的UAV在具有低血流速度和低跨瓣压差的同时表现为狭窄;钙化程度的加剧会造成UAV再狭窄,形成一个恶性循环。     

基于计算流体动力学法的风场模拟和流/固耦合问题

介绍了计算流体动力学（CFD）方法中的各种湍流模型和数值求解方法,阐述了流/固耦合问题的描述方法与求解策略,分析了强耦合算法和弱耦合算法、流场和流/固耦合研究中的网格生成与更新技术,以及耦合界面的信息传递方法,指出了其网格建模中存在的一些难题.     

Dynamic Stresses in a Francis Turbine Runner Based on Fluid-Structure Interaction Analysis

Fatigue and cracks have occurred in many large hydraulic turbines after they were put into production. The cracks are thought to be due to dynamic stresses in the runner caused by hydraulic forces. Computational fluid dynamics （CFD） simulations that included the spiral case, stay vane, guide vane, runner vane, and draft tube were run at various operating points to analyze the pressure distribution on the runner surface and the stress characteristics in the runner due to the fluid-structure interactions （FSI）. The dynamic stresses in the Francis turbine runner at the most dangerous operating point were then analyzed. The results show that the dynamic stresses caused by the hydraulic forces during off-design operating points are one of the main reasons for the fatigue and cracks in the runner blade. The results can be used to optimize the runner and to analyze other critical components in the hydraulic turbine.     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.     

充液双层壳的振动与声辐射计算

对某充液双层壳的结构振动和声辐射特性进行了研究.运用MSC/PATRAN建立结构的有限元模型,在MSC/NASTRAN平台上,考虑流固耦合效应,对水下双层壳结构进行频率响应分析,得出可用于声学分析的数据文件.再利用边界元软件SYSNOISE,导入上述结果文件作为边界条件,对双层壳结构进行声辐射数值分析.实例研究证明双层壳之间的不同肋骨设置对壳体的振动特性和结构声辐射的影响较开孔的数目影响大.