基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

声辐射问题的一种新的无限元方法

声波在无限大外域中的传播和衰减问题是研究声与结构相互作用的重要基础。该文提出了一种新的声无限单元耦合有限元方法于外域声辐射问题的计算。应用加权残值法推导了声无限单元的刚度矩阵和质量矩阵,选取的形函数及权函数充分考虑了外域声传播的基本特点及无穷远辐射边界条件。计算实例表明这种方法对于求解无界域声场问题是非常有效的。     

一种计算吊舱与螺旋桨相互干扰的新方法(英文)

为了计算吊舱推进器的非定常水动力性能,建立了用诱导速度势处理吊舱和螺旋桨非定常相互干扰的方法,并和用诱导速度处理两者相互干扰的方法作了对比分析.讨论了两种方法的数值计算中为了避免奇异性而对一些参数的设定方法.经过用两种方法对均匀来流和非均匀来流条件下水动力性能的计算比较,发现两种方法的计算结果很接近,并与模型试验结果吻合得很好,但用诱导速度势的方法编程工作量较诱导速度方法少,而且还可节省大量的计算时间和存储空间,是一种计算吊舱推进器和其他组合推进器水动力性能相对简单而且有效的方法.     

渗透球壳流固耦合问题的位移及内力解

在弹性薄壳的线性(非线性)理论和流体力学基本方程的基础上,在小雷诺数的情况下应用相容欧拉-拉格朗日法建立了渗透球壳在流体中流固耦合的基本方程及关系式,并通过摄动法求解了渗透球壳在粘性流体中的流函数从而进一步解出其位移及内力解.通过具体算例,给出了壳的位移变形及内力图,并对有关参数进行讨论,绘出相关曲线.得出渗透系数k和流速越大的情况下,壳体位移也就越大,相应的内力也变大;球壳在三个角度处位移为零.文章能为过滤器问题提供指导.     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

Two-dimensional numerical simulation and experiment on strongly nonlinear wave–body interactions

A constrained interpolation profile (CIP)-based Cartesian grid method for strongly nonlinear wave–body interaction problems is presented and validated by a newly designed experiment, which is performed in a two-dimensional wave channel. In the experiment, a floating body that has a rectangular section shape is used. A superstructure is installed on the deck and a small floating-body freeboard is adopted in order to easily obtain water-on-deck phenomena. A forced oscillation test in heave and a wave–body interaction test are carried out. The numerical simulation is performed by the CIP-based Cartesian grid method, which is described in this paper. The CIP scheme is applied in the Cartesian grid-based flow solver. New improvements of the method include an interface-capturing method that applies the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme and a virtual particle method for the floating body. The efficiency of the THINC scheme is shown by a dam-breaking computation. Numerical simulations on the experimental problem for both the forced oscillation test and the wave–body interaction test are carried out, and the results are compared to the measurements. All of the comparisons are reasonably good. It is shown, based on the numerical examples, that the present CIP-based Cartesian grid method is an accurate and efficient method for predicting strongly nonlinear wave–body interactions.     

沉箱结构的有限元分析

某码头为大直径圆沉箱重力墩式结构,应用大型有限元分析软件ANSYS,对沉箱结构建立三维有限元模型,分别按考虑地基与沉箱作用和不考虑地基与沉箱作用进行计算。计算与分析结果表明,2种算法上部结构的计算结果相近,不考虑沉箱与地基共同作用的底板内力过于保守。     

饱和地基下桩柱结构地震响应

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而散失承载能力。随着超孔隙水压的上升土体强度降低后,饱和地基土层对地震波的高频成分有明显的选择性滤波作用。在桩柱结构地震响应分析中,受桩土间动力耦合作用的影响,桩侧土体比远场地基土更易液化。随着地基承载力的降低,导致桩柱动力以及弯矩响应上升。研究结果与已有桩基础震害经验相符,其方法和结论可对饱和可液化地基抗震工程提供参考。     

考虑流场影响下破冰船艏部结构响应研究

通常考虑船-冰碰撞附连水的水动力效应有附加质量法和流固耦合法。本文建立了破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行了数值仿真计算,分析了水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化以及流场的动能变化。同时与附加质量法的计算结果进行了比较,对比分析了船艏的碰撞力大小、损伤变形以及局部冰载荷等差异,揭示了流场对船-冰碰撞的影响规律,对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。     

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。