基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

基于非结构化网格和浸入边界的流固耦合数值模拟

对浸入边界方法进行改进,使其适用于非结构网格。利用非结构化网格技术生成贴体网格,充分利用贴体网格与浸入边界的优势,提高复杂区域内流固耦合问题计算效率。流体Navier-Stokes方程空间项采用非结构化网格有限体积法离散,时间项采用欧拉隐式方法。利用浸入边界方法模拟运动固体区域,流固界面作用力通过VOS(Volume Of Solid)方法进行处理。通过振荡圆柱绕流计算结果与文献实验数据对比,验证了本文方法的合理性和正确性,利用本文方法对管路中阀门动态过程进行了数值研究。     

基于流固耦合的螺旋桨数值模拟和尺度效应分析

桨模和实桨由于尺寸和雷诺数的差异,会造成流场特性的变化,而且实桨的水弹性问题也不可忽略。该文首先对VP1304桨的敞水特性进行数值模拟,采用CFD耦合FEM的双向流固耦合(FSI)算法,计算结果与试验值和相关文献吻合良好,验证了算法的合理性。再以KP505桨为研究对象,分析弹性螺旋桨水动力特性、结构响应和激振力的尺度效应。分析结果表明：分析螺旋桨水弹性行为对其水动力特性的影响时应考虑尺度效应;不同缩尺比的镍铝青铜(NAB)桨桨叶的相对位移量存在一定差异,实桨的高应力区有所扩大;水弹性行为和尺度效应对螺旋桨诱导的脉动压力都存在一定程度的影响,且随着负载的增大,两者的影响更加显著。     

探讨流固耦合分析方法

简要叙述了流同耦合问题及其常用的方法;讨论了干模态法、交叉迭代法及LS-DYNA有限元软件分析法,对流固耦合问题的分析有一定的参考价值.     

基于流固耦合的立式轴流泵站振动特性数值模拟研究

针对由水体引发的立式轴流泵站泵房振动问题,采用基于流固耦合的模态分析方法,对水体作用下的某立式轴流泵站泵房模态进行分析,进而分析泵房在水体作用下的应力和变形情况。研究表明,基于流固耦合的模态分析可以较确切的反应内部水体作用下的泵房模态;发现在水体的耦合作用下,水体对于泵房结构的影响主要集中在流道外壁混凝土结构处,对出水流道驼峰上部楼板以及下降段混凝土结构的变形影响较大,对于泵房整体结构影响较小。     

基于流固耦合的水轮机振动的数值研究

该文研究应用ADINA软件采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)法对一混流式水轮机转轮进行了流固耦合计算,得出了转轮在空气中和水中的频率和模态.通过计算表明在水压载荷和黏性载荷的作用下,水轮机的转轮频率存在一定程度的下降,模态发生了变化.并应用动态断裂力学预测了该转轮可能发生的裂纹破坏.     

基于单/双向流固耦合的水翼水力阻尼数值预测方法研究

为评估水力机械外部瞬态载荷作用下的动力响应幅值,必须考虑流固耦合产生的水力阻尼效应。如何准确预测水下结构水力阻尼参数是设计阶段评价水力机械运行稳定性的难点问题。借助分离式单/双向流固耦合数值模拟方法,针对工程中常用的NACA0009翼型,开展了水翼在5～20 m/s流速下的振动特性和水力阻尼比数值预测方法研究。分析结果表明:第1阶弯曲模态振型在静水中与20 m/s流速下相一致,且低阶模态水翼固有频率随流速变化在3.95%以内,据此,单向流固耦合中将静水中振型及固有频率作为动水水翼的初始条件的假设是可行的。基于单向流固耦合方法所预测的水力阻尼比与实验值的平均相对偏差为11.42%。双向流固耦合则不需要该假设,能更加准确地预测低阶模态固有频率、水翼尾部脱落涡频率和水力阻尼比,相对实验值的平均偏差分别为4.36%、4.24%和4.95%。单/双向流固耦合数值方法都能预测水力阻尼比随流速线性增加的规律。本文算例中,相同计算资源条件下双向流固耦合所需计算时间是单向计算的15倍。在实际工程应用中,推荐优先采用单向流固耦合方法。     

用三维时变雷诺方程模型模拟小尺度组合桩柱上的波浪力

该文以雷诺时均的Navier-Stokes方程为控制方程,用k-ε模型来封闭湍流模型,采用VOF方法来跟踪波动自由表面,建立了三维数学模型。然后对波浪与小尺度孤立柱的相互作用过程进行了数值模拟,得到了时变的波浪力,然后用实验资料进行了验证,并且和Morison方程的计算结果进行了比对。然后利用验证过的模型模拟了三维波浪场中两个不同间距的纵向排列的小尺度桩柱上所受的波浪力,得到了两个桩柱的干扰系数和间距的关系。计算方法和计算结果对此类结构物的设计施工有一定的参考价值。     

坝库系统流固耦合数值分析方法简述

从水体的研究角度出发,介绍有限差分法、有限体积法、有限元法、边界元法等分析方法以及Lagrange坐标系、Euler坐标系和ALE等描述方式在坝库系统相互作用中的选取与应用。通过对比分析可知:各种方式都有优点及局限性,应具体问题具体分析;ALE描述方式具有其独特优势,被较多应用在流固耦合分析领域。最后指出,对于流固耦合问题,需要在数学模型、接触边界相容条件的处理等方面进行深入研究。     

基于流固耦合的垃圾污染物运移模型及模拟

基于流固耦合和溶质运移理论，建立了垃圾渗滤液有机污染物运移耦合模型，用SOM法对所建的模型进行数值求解，利用该数值模型对垃圾渗滤液在地下水中迁移行为进行模拟，预测了污染物浓度的时空分布特征，对耦合、非耦合模拟结果结合实际监测数据进行对比，并对污染晕的大小、分布范围进行了数值模拟分析。结果表明，耦合模型模拟的污染物浓度变化趋势与监测值基本吻合，从而验证了耦合模型的可靠性和实用性。     

考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽地震反应计算

基于考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型,计算了南水北调中线工程某渡槽结构的地震反应.计算结果表明,随着水位的上升,渡槽结构地震反应增大;考虑槽身与槽内水体流固耦合时,渡槽结构的横向地震反应、伸缩缝相对折角小于不考虑流固耦合的情况,而槽身横截面绕轴线转角却大于不考虑流固耦合的情况,说明槽身与水体的相互耦合对渡槽结构地震反应影响显著.因此,在对渡槽结构进行地震反应计算时,应采用能考虑相应水位的渡槽流固耦合动力分析模型,并计算渡槽在不同地震波激振下的地震反应才能综合反映渡槽结构在地震作用下的实际情况.     

耦合算法在幕墙式消浪结构性能研究中的应用

作者针对近岸波浪与结构物相互作用问题提出了一种耦合数值方法，即用时均化的二维雷诺平均的Navier stokes方程-流体体积法模型表达内域流动，用一维Boussinesq方程表达外域流动，通过速度、压力和波面匹配边界条件实现两种数值模型的同步求解。耦合模型中的二维子模型能够较好地表达结构物附近流动的细部特征，包括漩涡结构；一维子模型的计算效率很高，可通过延长其计算域以达到有效地避免二次反射波的影响。所建立的耦合数值模型被证实可应用于幕墙式消浪结构防波性能的研究。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力特性计算

为计算大型渡槽考虑流固耦合的动力特性，以Housner理论为基础，建立了考虑流固耦合的大型渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型，利用此模型编写计算机程序，计算了南水北调中线工程某大型渡槽结构在多种工况下的自振频率和振型，计算结果表明，渡槽槽内水体与槽身的动力耦合对渡槽结构的自振频率和振型影响显著，在对大型渡槽结构进行动力特性计算时，采用考虑相应水位的流固耦合模型比较符合渡槽结构的实际情况。     

基于流固耦合理论的套损力学机理分析

基于渗流力学与岩石力学理论,建立了油藏多相渗流与应力耦合分析模型,运用有限元和有限差分法建立数值解法,可对渗流场,应力场演变规律以及岩石力学参数变化进行研究,重点讨论了在渗流场影响下岩层应力分布的重新调整及其变形特征,并结合油田套损问题进行了应用研究,分析了套损的力学机理。     

基于流固耦合的风力机叶片刚强度分析

基于ANSYS Workbench平台,对某小型风力提水机进行单向流固耦合分析,将流场计算得到的叶片表面的风荷载加载到叶片上,再进行静应力有限元分析。对不同工况下的风轮进行分析对比,得到风轮应力和变形规律。结果表明,在额定风速8 m/s工况下,最大等效应力集中在叶根部位;风机叶片静应力随风速增大而增大,且最大应力小于许用应力,然而长期应力集中的状况容易导致疲劳破坏;风机整体最大变形出现在叶尖处,而轮毂与叶片连接处基本上没有发生变形,呈梯度分布。     

基于流固耦合的风力机叶片结构稳定性分析

针对叶片在气动载荷下出现局部屈曲现象,建立了大型复合材料风力机叶片有限元壳体模型,主要研究了叶片结构在流场作用下的稳定性。基于流固耦合方法,借助CFD软件计算得到叶片表面的分布压力,将计算结果导入到叶片结构计算的有限元壳体模型,以此为载荷对叶片进行了屈曲分析。以1.5MW复合材料风力机叶片为例的计算结果表明:复合材料抗压性能较抗拉性能弱,叶片背风面受到压缩载荷,局部屈曲主要出现在叶片背风面,叶根向叶中发展的后缘区位于几何突变区,结构设计较为薄弱,需增加该区域铺层材料的厚度。     

单桩性状的可视化仿真

基于可视化仿真原理对竖向荷载和水平荷载作用下单桩性状的可视化仿真分析进行了探讨。对于竖向荷载下的单桩，采用了佐藤悟提出的荷载传递函数模型进行分析。水平荷载下的单桩分析，则采用非线性弹塑性模型的p-y曲线方法来模拟桩土相互作用。在Visual Basic 6.0集成开发环境中，使用VB作为主要开发语言，并辅之以Matrix VB与Windows API的图形功能，编制了具有Windows界面和图形处理功能的单桩性状分析程序SPA (Single Pile Analysis for axial and lateral behaviour)。该可视化仿真软件可以将大量的计算结果以静态或动态的图形图像形式表示，帮助用户更加快速、直观、方便地分析仿真计算结果。