考虑流固耦合的任意支撑和分支角度三通管阻抗计算方法

计算分析任意支撑和分支角度三通管轴向和横向声阻抗和机械阻抗,为管路系统噪声预报和声学优化提供支撑。首先建立直管段14方程流固耦合模型,利用拉氏变换并对方程进行推导,得到直管段14个参量频域解析解。然后结合分支点的平衡条件和边界条件,得到任意支撑和分支角度三通管的最终解,在此基础上,利用阻抗计算公式结合不同的参数解,求得三通管1个声阻抗和6个机械阻抗值。最后,通过试验验证计算方法正确性,同时对不同支撑和分支角度的三通管阻抗特性进行计算和分析。     

考虑流固耦合的多分支管道系统振动研究

利用拉普拉斯变换,把时域14方程模型变换到频域,并化多元一阶常微分方程为一元高阶方程,对其求解,得到直管的频域解析解。然后把任一管段的初始坐标值和末端坐标值代入直管的频域解析解,得到单管的传递矩阵,结合分支点的平衡条件,便可以推导出任意N个分支管的传递矩阵。增加7(N+2)个分支管的边界条件,求解得出任意N分支管路的频域解。最后,进行仿真计算,利用英国Dundee大学Tijsseling教授的实验结果以及ANSYS仿真计算对结果进行验证,验证了文中方法的正确性;并例举了不同分支数目以及不同分支位置管路的仿真计算结果,同时对仿真结果进行了分析。     

考虑流固耦合影响的桩基波浪力简化计算方法

离岸深水全直桩码头,由于其桩基的自由高度大、柔度增加、自振周期长,且位于无掩护开敞海域,波浪与结构相互作用问题突出。如何考虑流固耦合作用对桩上波浪力的影响,并建立便于工程应用的计算方法,是工程实践提出的亟待解决的课题。文中利用有限元软件ADINA建立了水体和桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,并采用有限元数值模型对考虑流固耦合影响的改进Morison波浪力计算公式进行了验证。采用改进Morison波浪力计算公式研究了流固耦合对桩身波浪力的影响,并给出了考虑流固耦合影响的波浪力放大系数图表。在此基础上,提出了考虑流固耦合影响的波浪力简化计算方法。     

考虑流固耦合的海洋储油罐平台地震反应分析

基于流体-结构相互作用理论,采用有限元方法对海洋储油罐平台的地震反应进行了分析.首先,将基于流固耦合理论的耦合模型计算结果同基于Housner理论的简化模型计算结果进行了比较,明确了采用耦合模型的必要性.然后,分析了储油罐内液体深度、地震波输入方向、地震波维数、地震波波型等因素对储油罐平台和罐体反应的影响.得出的结论可为海洋储油罐平台的设计提供参考.     

考虑流固耦合影响的水中桩基结构振动特性分析

水-结构的耦合振动是一个比较复杂的问题,在设计中,只有考虑水体对结构基频及阻尼比等振动特性的影响,才能使结构设计更为合理、可靠。以往研究多分析水体的附加质量效应对桩柱基频的影响,对水深、桩径、上部结构等因素的影响尚缺乏进一步的研究,对水体的阻尼比增大效应也缺乏定量分析。鉴于工程的需要,利用有限元分析软件ADINA建立水体-桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,对流固耦合作用下结构的基频和阻尼比进行计算,分析多种因素对水中结构振动特性的影响,并给出水体产生的阻尼比推荐值。结果表明,水体会引起结构基频降低及结构阻尼比增大,流固耦合作用对振动特性的影响不容忽视。     

考虑流固耦合效应的圆柱尾板流场控制效果比较研究

基于流固耦合方法对分隔板圆柱绕流进行数值模拟研究,分析了雷诺数Re=200时,分隔板长度(D≤L≤3D,D为圆柱直径)对圆柱受力和周围流场的影响。结果表明：分隔板长度L≥2D时,考虑流固耦合后柔性分隔板圆柱的升力系数大于刚性分隔板圆柱,且随板长增加升力系数不断提升,阻力系数也相应增大;柔性分隔板尾缘流场受自由端上下摆动影响,未出现小尺度旋涡,同时分隔板上、下表面均出现旋涡。此外,流固耦合条件下尾缘旋涡结构模式将发生变化,刚性分隔板圆柱尾迹旋涡为2P型,柔性则为2S型;随分隔板长度增加,柔性分隔板自由端发生偏转,增加了对流场的额外扰动,分离流的旋转特性受到抑制,斯特努哈尔数(Strouhal, St)均小于刚性分隔板(除分隔板L=2D外),同时脱落涡的涡强及脱落频率均有所降低。     

尾流干涉下考虑流固耦合作用的海洋立管涡激振动的数值模拟

利用Fluent软件,运用动网格技术及用户自定义接口编程,通过求解N-S方程、RNG湍流模型以及结构动力学模型实现流固耦合,对串联间距为4D的等径立管进行数值模拟,分析在尾流干涉下立管的涡激振动。基于数值模拟结果分析:串联间距为4D时上下游立管都有漩涡脱落;下游立管在尾流干涉下,考虑流固耦合时相比固定立管时所受升力增大,立管振动有"失谐",涡激振动到达"锁定"状态以及之后的一段约化速度范围内,升力系数呈现多频现象,且有一个频率总是接近立管固有频率,随着约化速度增大,涡激振动远离"锁定"状态多频现象逐渐减弱,同时升力系数幅值周期性变化,下游立管剧烈振动使其自身尾流区出现"断层"。     

基于流固耦合方法的船舶破冰阻力参数敏感性研究

本文基于带有塑性应变失效准则的弹性断裂失效模型建立平整冰有限元模型,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶在平整冰条件下航行的冰载荷开展了数值模拟,选取航速和平整冰厚度作为敏感性参数,分析了参数变化对破冰阻力的影响。研究发现:各方向上的冰载荷在时域上均存在一定的周期性,冰层在船艏撞击和浮力作用下,通常以多种破坏模式的混合方式同时出现;船舶在平整冰环境下的破冰阻力随航速和冰厚的提高基本呈线性增加的趋势,不同航速及冰厚条件下的破冰阻力数值计算结果与Lindqvist经验值的误差分别在-7.5%～13.1%和-10.8%～19.4%范围内,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶破冰阻力进行预报具有较高精度。     

基于流固耦合计算的科里奥利质量流量计计算机辅助设计

科里奥利质量流量计(CMF)是一种海洋石油和天然气工业广泛应用的仪器。本文开发了一种运用有限元进行CMF的流固耦合模态分析以及振动分析的数值模拟方法,并用直管CMF的实验数据和分析数据相比较,验证该方法的可行性和准确性。在此基础上,提出两种新型的CMF模型,用开发的数值模拟方法对其进行结构尺寸以及检测点布置对灵敏度的影响等分析。该数值模拟方法为新型CMF的计算机辅助设计指明了方向。     

螺旋桨流固耦合多目标优化设计

本文提出将NSGA-Ⅱ多目标优化算法应用于螺旋桨多目标优化设计,并通过面元法和有限元法实现螺旋桨流固弱耦合.通过计算安装在Seiun-Maru(一艘日本散货船)上的HPS大侧斜螺旋桨压力系数分布和压力脉动,考虑了流固耦合效应的计算精度要高于不考虑流固耦合效应,验证了考虑流固耦合的必要性.本文以螺旋桨效率、非定常力和重量作为目标函数,在满足水动力性能、结构响应和空泡性能等约束条件下,选取描述螺旋桨外形的6个参数作为设计变量,以此建立优化函数.在不同近似最优解和非设计点为初值的算例中,其结果均改善了所有目标函数,验证了本文方法的有效性、适用性和鲁棒性.本文提出的多目标优化方法将有助于提高设计效率,节省计算资源,可成为未来螺旋桨设计的有效工具.     

基于单向求解、双向流固耦合的悬臂平板绕流涡激振动特性对比研究

本文采用双向流固耦合研究一端固定的二维平板(展向无限长)涡激振动特性,通过流场和结构之间力和位移的相互传递来实现双向耦合。同时,对不同雷诺数下的平板绕流涡激振动进行了计算,并与单向求解算法进行了对比。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率时,将出现频率锁定现象,同时结构将产生极大的位移响应。在锁定雷诺数区域中,双向流固耦合结构位移响应明显小于单向求解算法,而在其他非锁定区间,两种算法差别较小。     

螺旋桨水动力性能及流固耦合数值模拟

根据螺旋桨局部坐标转换成全局坐标的型值,建立螺旋桨的三维几何模型。基于商业软件,分别研究分区混合流体网格和结构网格的划分。使用Fluent软件分析螺旋桨的敞水性能,结合MRF转动模型和SST湍流模型研究螺旋桨在不同进速系数下的推力、转矩和敞水效率。与实验测量值比较,证实了该方法的工程可用性。基于Workbench平台,将CFD软件计算和有限元求解耦合起来,研究螺旋桨敞水时的单向流固耦合作用,对桨叶的结构强度进行校核计算,并分析螺旋桨应力,变形与进速系数的关系。     

中高水头船闸三角门流固耦合动力特性分析

船闸三角门考虑流固耦合作用下的自振特性是分析闸门流激振动的关键因素。采用空间有限元数值模拟,分析得到了三角闸门在不同水位条件下的自振频率和振型模态。计算表明,流固耦合作用对闸门自振特性的影响,总是使闸门的自振频率下降,振型模态也相应发生转变。在计算分析的基础上,对船闸三角门的安全运行操作提出了合理化建议。     

考虑桩-土作用的PHC管桩极限变形及其影响因素分析

单调荷载作用下PHC管桩的极限变形是判断结构损伤的一项重要参数。为了解桩、土参数对PHC管桩在单调荷载作用下变形的影响,采用ABAQUS有限元软件的纤维梁单元模型和共结点法,建立考虑桩土相互作用的PHC管桩有限元模型,使用P-y土弹簧模拟桩土相互作用,混凝土采用UCONCRETE03本构模型,预应力纵筋采用USTEEL02本构模型,分析配筋率、桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比等参数对PHC管桩极限变形的影响规律。计算结果表明:桩基极限位移随桩基配筋率的提高而增加,但随桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比的增加而减少,并拟合单调荷载作用下的PHC桩基极限位移的计算公式。     

浸没圆柱壳低频自振频率计算中流固与声固耦合模型统一性分析

流固耦合与声固耦合模型是分析流场中圆柱壳自振特性的常用理论模型。现有的研究表明,基于这2种理论模型的流场中圆柱壳低频自振特性计算结果吻合较好,但尚未有关于二者本质联系方面的研究。分别基于这2种理论模型求解浸没圆柱壳的自由振动,基于圆柱壳自由振动的Flügge方程进行相关公式的推导,并提出利用Galerkin法求解特征方程的方法。结果显示,采用该方法既可求得各阶模态固有频率的精确解,又能显著提高运算效率。对2种理论模型进行统一性分析,从贝塞尔函数的性质出发,证实流固与声固耦合模型虽然是基于不同的理论基础,但在求解浸没圆柱壳低频自振特性上其本质上是一致的,且通过算例的对比,证明2种模型在低频段计算结果吻合较好。     

中外钢管桩内力验算方法对比

钢管桩作为一种多轴对称的钢结构,性能稳定,受力机理相对明确,在国内外港口工程中主要用于高桩码头的基础结构和板桩码头的主体结构。通过对比研究国标、欧标、美标API和美标AISC共4种国内外规范对于钢管桩内力验算方法,探究4种规范验算方法的差异性,为海外港口工程钢管桩内力验算方法选取提供参考建议。以某港口高桩墩台结构为例对比4种规范钢管桩内力验算方法,结果表明:1) AISC规范计算结果最小,即其充分考虑发挥结构的性能,偏安全。2)欧标计算的结果最大,相对保守。3)国标和API规范计算结果介于AISC规范和欧标之间。