双向流固耦合

摘要： 以某500 kV高压变电站典型圆钢管构架避雷针结构为例,建立避雷针风振响应分析的模型,采用双向流固耦合方法模拟分析了避雷针的顺风向及横风向风振响应,并采用外附螺旋导板的方法对其横风向风振响应进行了减振优化设计。结果表明:圆钢管构架避雷针因具有细、柔的上部结构特点,其顺风向和横风向的风振响应较为突出,尤其是横风向风振响应在某些条件下甚至占据主导地位。就该研究分析的构架避雷针而言,当来流风速为12.64~25.30 m/s时,结构会产生横风向涡激振动“锁定”现象,而且其最大共振响应(对应风速为18.97 m/s)甚至超过设计基本风速(23.83 m/s)作用下结构的顺风向风振响应值。实际设计时,可考虑在构架避雷针顶部外附螺距为8 D、覆盖率30%的螺旋导板,以有效控制其横风向涡激振动。

摘要： 为了提高血管支架对血管内膜变形的匹配度和降低内膜增生概率,将血管支架设计为六韧带手性蜂窝结构,探究血管支架植入后的力学特性及在血液流动过程中壁面切应力情况。通过SolidWorks建立血管-血液-支架三维模型,基于双向流固耦合法,在Ansys Workbench中对不同壁厚的血管支架进行力学特性分析。研究表明:这种六韧带手性蜂窝结构血管支架在血流作用下,结构受到压力时,使刚性节点受力旋转,切向韧带收缩,支架整体在轴向和径向上同时收缩,整体体积减小,使支架在植入运输过程中避免对血管生物组织造成损伤,植入后轴向与径向同时扩张,利于血管支架定位;适当减小血管支架壁厚可以有效地降低壁面低剪切应力区域面积,减小内膜增生概率。

摘要： 液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分,在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此,基于单向和双向流固耦合的模态分析方法,采用k-ε的湍流模型,对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型;在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明:单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率,相差率达2%~10%,相同阶次下的振型形态基本一致;流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大,在一定的压强范围内,管道的固有频率随着流体的压强增加而增加,流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。

摘要： 针对深潜器如何在深海中长时间工作,本文提出了悬置海洋中部构筑物的概念,阐述了该构筑物的初步使用功能及研究意义,并结合设计条件,对200和1000 m^(3)的球形、圆柱半球形、碟形平放和立放4种情况进行了有限元模拟和计算。结果表明:在200 m水深2 m·s^(-1)流速作用下,圆柱半球形构筑物加速度明显大于其余3种构筑物的加速度,其余3种构筑物在稳态时,加速度均小于5‰重力加速度,人体难以感知。球形和圆柱半球形构筑物受漩涡脱落影响明显,位移变化复杂。相同体积时碟形平放比立放加速度大,但位移小,且随着体积的增大碟形构筑物加速度值减小,但最大位移的变化幅度会增大。故可根据构筑物的使用功能具体选用合适的构筑物形状和姿态,就本文比较的构筑物而言,碟形是构筑物相对合理的姿态。

摘要： 在洋流的作用下,海洋立管产生振动,长期处于振动状态不利于立管的正常使用。考虑到洋流是一种波动状态,故把洋流简化为正弦脉动来流,以长径比为200的柔性立管为研究对象,使用双向流固耦合分析方法研究不同脉动频率下的柔性立管涡激振动响应。研究结果表明,脉动频率降低了涡激振动响应,临界脉动频率使得振幅达到最大值,达到临界脉动频率之前,水动力系数随着脉动频率的增大而增大,一旦过了临界脉动频率,阻力系数开始下降,升力系数幅值却稳定不变。脉动频率对流向振动频率的影响要大于对横向振动频率的影响,随着脉动频率的增大,流向振动频率与横向振动频率之比也在增大。

摘要： 超空泡射弹通过超空泡减阻技术在水下高速长距离航行,是对抗水下近距离威胁的有效手段.为了扩大防御范围、增加杀伤力,超空泡射弹具有很高的发射速度.高速超空泡射弹在入水时中受到极大的冲击载荷,发生显著的结构变形,结构变形与流场之间存在相互影响和作用,常规的基于刚体假设的仿真研究方法不再适用.为了研究高速超空泡射弹入水过程中的结构变形及其对流体动力特性的影响,通过耦合流体力学求解器和结构动力学求解器,建立了射弹高速入水双向流固耦合仿真模型,并通过与文献中的试验结果进行对比验证了该模型空泡形态计算方法和耦合方法的准确性.使用双向流固耦合的方法对高速射弹在不同初始攻角入水过程中的超空泡流动特性及结构变形特性进行了数值模拟研究,通过对比流固耦合模型与刚体模型的计算结果,得到了超空泡射弹的结构弯曲变形对流体动力载荷的影响.研究结果表明:高速射弹入水过程中流固耦合效应对超空泡流型及流体动力载荷的计算结果有显著影响;本文所研究的射弹在考虑流固耦合效应,带攻角垂直入水两倍弹长的范围内,超空泡射弹的流体动力载荷与弯曲变形之间形成正反馈;高速超空泡射弹在入水过程中受到的流体动力载荷及弹体应力应变随入水初始攻角的增加显著增大,研究对象在初速1400 m/s的条件下入水时,当初始攻角不超过2°时不存在结构安全性问题.

摘要： 根据线切割一体化轴承的结构特点,利用CFD重叠网格技术,建立线切割一体化轴承数值计算模型,采用双向流固耦合计算方法,考虑柔性支承的三维变形,考察线切割一体化轴承的承载性能随线切割轴瓦厚度、柔性铰链支承高度和支承宽度变化的影响。计算结果表明:随着偏心率或转速的增加,轴承偏位角呈下降趋势,黏度阻力、载荷呈上升趋势;与不考虑支承变形相比,支承变形会减小瓦块的旋转刚度和径向刚度,降低线切割一体化轴承的承载载荷,但可以改善轴承的静特性;柔性支承宽度和高度对线切割一体化轴承承载特性的影响比轴瓦厚度影响更大,减小支承高度或者增大支承宽度,线切割轴承性能更趋于固定瓦轴承,这可为线切割一体化轴承的设计提供一定的理论依据。

摘要： 传统流体力学数值仿真不考虑车身弹性结构与外流场之间的相互作用,致使得到的结果与真实情况不符.以某实车模型为研究对象,对其进行考虑流固耦合效应的CFD仿真,并在气动阻力、气动升力、流场结构等方面与传统流体数值仿真结果对比,结果表明:流固耦合效应对气动升力影响较大,随车速增加两种仿真方法差异率可达到38%,直接关系到车辆稳定性及安全性.利用流固耦合CFD数值仿真探究整车风激振特性,证明了实车振动幅值主要影响因素为风激振频率及作用力大小.进一步通过对车辆弹性结构的刚度优化改善汽车风激振现象,从而提高乘员的舒适度.

摘要： 为研究船舶螺旋桨的弹性效应对水动力性能和结构特性的影响,建立螺旋桨和轴系的三维模型,以镍铝青铜合金和玻璃纤维2种材质作为“刚性桨”和“弹性桨”的代表,在均匀流场中将2种材料的螺旋桨进行双向流固耦合计算,对比分析了其脉动压力、桨叶压力分布、推进性能等水动力性能,以及桨叶变形和最大等效应力等结构性能。结果表明:桨叶的弹性效应增大流场脉动压力,使桨叶压力分布更加均匀,降低推力和扭矩,但不同进速下的推进效率变化不一;同时,桨叶弹性效应增大桨叶的形变,降低其最大等效应力,可为大型船舶尤其是采用长轴系、大侧斜桨的舰船以及水下航行器的螺旋桨性能计算和船尾部减振降噪设计提供借鉴。

摘要： 【目的】刺槐是我国造林常用树种,在黄河入海口地带广泛种植,但该地区易遭受大风侵袭,刺槐由于根系浅容易发生风倒,因此通过合理的林带布置降低林内最大风速,避免林木倒伏,提升刺槐林的防风效应刻不容缓。【方法】该研究以沿海刺槐防护林为研究对象,基于双向流固耦合技术利用Ansys Workbench平台建立风场与刺槐的计算模型,探讨不同林带结构刺槐林的防风效应。【结果】(1)建立刺槐流固耦合仿真模型,经现场实测数据验证,模型水平归一化风速误差为13%,垂直归一化风速误差为6%,枝干风振位移相对稳定时误差为7 mm,模型具有较高的仿真精度。(2)模拟试验表明首行刺槐对风速减弱的效果明显,在固定行间距5 m的工况下每增加1行刺槐,风速对比前1行刺槐依次降低0.12v 0、0.07v 0、0.03v 0和0.01v 0(v 0为林前初始风速)。(3)相邻的两行刺槐随着行间距的增加,整体防风效果逐渐降低,风经过行间距分别为0.4H、0.5H、0.7H、1.0H和1.5H两行刺槐(H为刺槐树高),第2行风速分别比第1行减小0.15v 0、0.12v 0、0.07v 0、0.04v 0和0.01v 0。(4)交错排列的刺槐林防风效果优于方形排列,并且交错排列刺槐分枝的风振振幅更小。【结论】不同的林带结构对刺槐林的防风效应会产生较大的影响,通过数值模拟技术对不同林带结构的防风效应进行评估是一种有效的研究手段,研究结果能够为该地区后续合理造林提供科学支持。

摘要： 为了计算贯流式水轮机叶片流固耦合下,应力、变形以及流动特性.本文以某电站贯流式水轮机为研究对象,采用顺序双向流固耦合计算方法对不同工况下贯流式水轮机进行数值计算,并将计算得到的结构应力,变形位移,流场的压力与非耦合情况下计算的结果进行对比.计算结果表明:不同工况下,单向和双向耦合下最大等效应力值都发生在转轮叶片靠近轮毂处,最大位移发生位置为叶片出水边轮缘处,耦合前后分布基本一致,双向耦合得到的最大值比单向有所增加.在最大变形位移处,耦合前后等效应力值差值较大,反之较小;随着导叶开度的增加,最大等效应力及变形位移值有所下降,单向和双向耦合计算得到的最大等效应力及变形位移相对差值有所增加;与考虑耦合前相比,在变形位移较大且靠近叶片间隙位置,耦合后叶片正面和背面的压差有所上升.

摘要： 本文采用双向流固耦合来研究一端固支二维平板涡激励振动特性,通过滑移网格技术来实现流场和结构之间的压力和位移的双向传递.对不同雷诺数下平板绕流涡分离进行了计算,得到了平板自由端位移响应随来流速度的变化关系,成功捕捉到了涡发放激励平板产生共振的现象,并对弹性悬臂板的水动力特性进行了分析.计算结果表明,涡激共振会诱导壁面压力脉动加剧,这将更加增大结构的振动响应.

摘要： 簧片哨是以液体射流为激励源,冲击簧片产生振动而发声.本文采用双向流固耦合方法,对射流冲击簧片振动问题进行了数值分析.研究了双向流固耦合状态下不同压强射流对簧片的升力系数、位移以及等效应力,从流体力学角度初步探讨簧片哨的振动特征.

摘要： 本文选取了多个指尖密封升力垫结构以及计算条件建立计算模型，并且给出了指尖密封双向流固耦合的计算方法。利用商用计算软件ANSYS CFX 及ANSYS Workbench对密封模型进行双向流固耦合计算。通过对计算结果的比较，分析了指尖密封升力垫结构改进对密封性能的影响，并阐述了产生影响的机理。研究表明升力垫开槽结构和轴向收敛结构对密封性能的改进有很好的效果。同时，流固耦合计算的结果显示了密封单元的特殊变形规律，为进一步的结构改进提供了依据。

摘要： 无人水下航行器(UUV)水下航行时受力复杂,涉及到流体与固体的相互耦合作用.为了研究UUV水下加速和匀速巡航时的受力和变形情况.本文使用计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)双向流固耦合方法,基于ansys workbench平台,利用fluent与transient mechanical对UUV水下加速和匀速航行过程进行双向流固耦合数值模拟.得到了UUV运动时的流场变化过程,以及UUV随时间变化的受力曲线和UUV的运动轨迹,重点讨论了UUV的变形和受力情况.

摘要： 本发明涉及一种流‑固‑土多项耦合六自由度单、双向静动态加载仪，包括支撑架，支撑架上设置有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和线性模组，第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机分别设置在支撑架的竖直和水平方向上，线性模组上连接有信号连接线，信号连接线另一端连接有PLC控制系统。本发明是一项土工试验设备，其实现了空间内6个自由度的耦合加载功能，能够进行海洋工程领域内的土工模型试验，采用双闭环自动化控制，嵌入了自主推导的六自由度加载程序，改进了当前自升式平台插拔桩过程中1个自由度或2个自由度的土工加载仪，使用更加方便，效果更好。

摘要： 本发明提供了一种双向智能选择的流固耦合分析方法，能够解决现有插值方法存在的准确性差、数据传递精度低、插值效率低以及自动化程度低等技术问题。该方法包括以下步骤：S1，建立流场CFD网格和结构有限元网格；S2，通过设定的智能匹配判断准则将所有结构有限元网格节点按照顺序编号的各流场物面进行智能匹配分组；S3，对匹配分组后的结构有限元网格节点进行训练，获得结构特征点集{QFEM}，并建立{QFEM}和对应流场物面节点的数据传递关系{TFC}；S4，获得流场气动力；S5，插值气动力、计算弹性变形，变形插值到CFD网格；S6，针对变形后的流场网格开展CFD网格的流场计算；S7，判断计算结果是否满足静气动弹性收敛条件。

摘要： 本发明公开页岩储层双向流‑固耦合数值计算方法，该方法是针对应力敏感性页岩储层的流‑固耦合模拟仿真数值计算方法进行改进，提出一种新的迭代形式，在原有的弱耦合数值计算方法基础上，附加一个循环，通过该附加的循环将室内岩芯力学实验数据及每个时间步计算出的体应变进行相互校正，直至满足收敛条件后跳出附加循环，进入下一个时间步的计算，基于本发明的数值算法，可以达到岩芯室内力学实验数据与理论计算进行相互校正的目的，更准确地表征地质力学响应；本发明的方法在保持原有数值计算方法优点的同时，强化了相关物理过程，在有效捕抓物理现象的同时，保证计算效率及稳定性，为流‑固耦合数值计算提供一些新方法和新思路。

摘要： 本发明涉及流固耦合技术领域，具体涉及一种基于界面双向数据交换的流固耦合计算方法，该方法固体域计算结构动力学采用商用软件ABAQUS的隐式算法，计算流体动力学则采用Fluent平台进行计算，最终两者计算的数据以MPCCI平台进行交换，利用流体域/固体域界面上的数据耦合交换的方法，对建立的CFD/CSD模型进行求解，把流体域力场与固体域基础结构承载能力紧密联系起来，以达到解决工程中的水力学与结构耦合计算问题研究的目的。

摘要： 本发明公开了一种基于ALE法对生物瓣膜进行双向流固耦合分析的方法。本发明对血液与瓣叶的耦合分析采用双向耦合分析，在处理问题时，每一步均计算血液对瓣叶的力的作用，同时也计算瓣叶变形也对血液流动造成的影响，采用基于ALE法对生物瓣膜进行双向流固耦合分析，使得力学性能分析同时兼顾流体(血液)和固体(瓣膜及血管壁)，同样使得分析更为精确可靠。方法包括如下步骤：第一步：建立血液及生物瓣膜几何模型；第二步：基于流体域与固体域相互耦合，构建流体控制方程、固体控制方程；第三步：构建任意变量的流固耦合方程，对瓣叶及血管壁的变形、生物瓣膜表面应力变化和瓣叶开口面积变化进行分析。

摘要： 本发明公开了一种基于双向流固耦合的船舶表面柔性覆盖层的阻力计算方法，涉及船舶技术领域，该方法建立船舶表面的柔性覆盖层的上表面包含沟槽的覆盖层几何模型及其周围的流体计算域并对两者进行有限元网格划分，在每一次迭代时，将基于流体动力学模型对流体计算域进行非定常计算得到的流场信息作用于覆盖层几何模型的结构场控制方程，采用动网格技术根据得到的形变参数进行网格更新，充分考虑具有复杂结构的船舶表面柔性覆盖层的形变与周围流场之间的相互作用，实现流体和结构的耦合求解，利用较少的计算资源就能较为准确的预报船舶表面柔性覆盖层的阻力值，为后续船舶的减阻设计提供指导。

摘要： 本发明公开了一种压电驱动型仿生推进器尾鳍的双向流固耦合分析方法，首先利用有限元分析中的压电模块结合结构进行第一次结构瞬态分析，计算得到基体所受压电陶瓷产生压力随时间变化情况，将第一次结构瞬态分析得到的基体所受压电陶瓷产生压力作为边界条件重新加载在基体上，利用流体分析模块通过系统耦合结合第二次结构瞬态分析模块，进行双向流固耦合迭代求解，计算得到推进器尾鳍在水中所受载荷及变形随时间双向变化情况。本发明提出了一种压电驱动型仿生推进器尾鳍的双向流固耦合分析方法，可以确定压电推进器尾鳍在水中所受载荷及变形情况，为后期优化结构、实验奠定基础，有很好的实用价值。

摘要： 本发明公开了一种含均压腔的气体静压径向轴承双向流固耦合计算方法，包括以下步骤：第一步、建立气体静压径向轴承的气膜厚度方程；第二步、基于气体润滑理论，计算小孔入口气体质量流量，均压腔出口气体质量流量和腔内气体质量流量变化；根据质量守恒方程，建立流量平衡方程；第三步、建立气膜流场控制方程，采用交替方向隐式格式法离散气膜流场控制方程，通过托马斯算法数值求解得出气膜压力；对整个气膜面的压力进行积分得出气膜承载力；第四步、建立含转速的5自由度主轴受力方程，通过龙格库塔法求解；第五步、求解稳态流场控制方程得出气膜支撑力；通过求解主轴受力方程更新主轴位置，从而更新气膜厚度、气膜压力和气膜支撑力。

摘要： 本发明公开了一种高速受电弓的双向流固耦合三维数值模拟方法，首先构建高速受电弓流体域和固体域的几何模型；再根据步骤1构建的模型对受电弓流体域和固体域分别进行网格划分；然后设定流体域和固体域的材料参数、初始条件和边界条件；添加受电弓流固耦合数据交换面，进行高速受电弓的双向流固耦合数值分析；最后根据步骤4动力学分析结果得到受电弓位移云图和应力云图，以及流体力学分析结果得到受电弓各部件气动力时程曲线。本发明以双向流固耦合理论模型作为基础，考虑受电弓在气动力作用下运行姿态的变化，通过数值模拟实现高速气流作用下受电弓的气动特性计算及受力变形研究，能够更为客观地反应受电弓气动特性的本质。

摘要： 本发明公开了一种基于ALE法对生物瓣膜进行双向流固耦合分析的方法。本发明对血液与瓣叶的耦合分析采用双向耦合分析，在处理问题时，每一步均计算血液对瓣叶的力的作用，同时也计算瓣叶变形也对血液流动造成的影响，采用基于ALE法对生物瓣膜进行双向流固耦合分析，使得力学性能分析同时兼顾流体(血液)和固体(瓣膜及血管壁)，同样使得分析更为精确可靠。方法包括如下步骤：第一步：建立血液及生物瓣膜几何模型；第二步：基于流体域与固体域相互耦合，构建流体控制方程、固体控制方程；第三步：构建任意变量的流固耦合方程，对瓣叶及血管壁的变形、生物瓣膜表面应力变化和瓣叶开口面积变化进行分析。