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《清华大学》 1990年
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流体与结构相耦合系统的有限元法研究

王永辉  
【摘要】:本文主要研究由理想可压的流体区域和线弹性的结构区域所构成的流体与结构相耦合系统,对其系统中的若干基本问题进行了分类处理,在此基础上通过粘性项来考虑流体阻尼,而结构阻尼则考虑为Rayleigh阻尼。在经过对用于耦合系统分析的三种基本有限元格式进行讨论和比较,指出了它们各自的优缺点之后,选择位移——位移格式有限元法作了较深入的分析研究。 在本文中,给出了程序直接实现法、罚函数单元法和混合单元法等三种界面对接实现方法,它们能够有效地实现耦合系统中的交界面对接;给出了预条件处理的Lanczos算法,明显地提高了在耦合系统分析过程中可能出现的病态矩阵迭代求解的收敛速度;由罚函数原理引入无旋约束,提出在系统模态中识别流体漩涡模态的差分方法,并用外推法求出系统的真实频率值,还讨论了无旋罚数值在系统分析中的具体选择及其对数值解的影响。 通过对流体位移单元特性的分析,指出一部分常用单元存在仿形能力差以致在求解耦合系统时流体域中出现变形“伪能”,提出了改善单元的插值函数和引进单元降阶/选择技巧等克服这种缺陷的措施,并给出了一种经过改进的具有高仿形能力的流体四节点非协调单元,用位移型有限元法高精度地求得了在流体域中结构振动频率和模态与在平面和回转壳柔性腔内流体晃动频率和模态。 对于流体有限扰动时的非线性耦合系统的有限元分析作了一些探讨,给出了非线性系统的基本方程、变分原理及有限元方程,并具体地导出了三维几何非线性流体单元的切线刚度公式,采用增量形式的Newmark预报——校正逐步积分法计算系统的动力响应,由Newton-Raphson迭代法及其修正方法求解系统的非线性方程组,还列出了不平衡力余量检查和位移迭代增量检查等迭代收敛判断准则。 本文最后列举了由作者编制的FSAP所完成的一部分计算实例,包括静力耦合问题分析、耦合系统的固有摸态分析、线性与非线性的有阻尼耦合系统的动力响应计算等,并同有关的解析解及其它方法解作了详细的对比,结果表明本文中给出的数值计算方法和所编程序都是可靠的和行之有效的。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:1990
【分类号】:O35

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【引证文献】
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2 李青;王天舒;马兴瑞;;充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用[J];力学进展;2012年04期
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【参考文献】
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【共引文献】
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8 全炜倬;方明霞;;超音速飞行器翼—身组合体的颤振研究[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
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2 易明;地震作用下渡槽结构的动力可靠度分析[D];郑州大学;2010年
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7 叶淑琴;基于中阶模态的固定界面子结构精确综合[D];浙江大学;2010年
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10 耿伟强;用于羟基磷灰石冷喷涂的送粉系统研究[D];吉林大学;2011年
【同被引文献】
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1 申焱华,毛纪陵,凌胜;垂直管道固液两相流的最小提升水流速度[J];北京科技大学学报;1999年06期
2 申焱华,张文明,石博强;深海采矿扬矿硬管弹性体建模分析[J];北京科技大学学报;2002年04期
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1 李蘅;深海采矿水力提升系统粗颗粒运动规律模拟研究[D];清华大学;2003年
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3 陈志伟;移动式压力容器介质晃动数值模拟及防波装置研究[D];浙江大学;2006年
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【二级引证文献】
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1 王佳栋;周叮;刘伟庆;;带弹性隔板圆柱形储液罐的流-固耦合特性研究[J];工程力学;2012年06期
2 王佳栋;周叮;刘伟庆;;水平激励下带环形刚性隔板圆柱形储液罐中流体的晃动响应[J];力学季刊;2011年02期
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1 张博譞;零重力下航天器内液体晃动及液体—结构耦合动力学研究[D];北京交通大学;2012年
2 李辉;深海采矿扬矿硬管流固耦合力学行为及快速分析方 法研究[D];中南大学;2012年
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【二级参考文献】
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1 王海期;马崙;;海底管道铺设过程的静动力分析[J];海洋工程;1986年03期
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10 H.H.E.Leipholz;张炳华;;有限元法的基础——变分原理在非保守问题中的应用[J];力学季刊;1980年04期
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1 周光平;梁召峰;张亦慧;张博夫;杨宏丽;;管形振子的声场特性研究[A];中国声学学会功率超声分会2005年学术会议论文集[C];2005年
2 潘紫微;包家汉;李勇;乔翠侠;;碳钢沉淀池泵组管系模态的有限元分析[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(下)[C];2009年
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4 袁惠群;张连祥;朱向哲;杨李色;;某航空发动机高压转子系统热振动特性研究[A];第八届全国转子动力学学术讨论会论文集[C];2008年
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8 龙小武;高殿荣;王益群;;Visual Basic在液压计算流体力学中的应用[A];第一届全国流体动力及控制工程学术会议论文集[C];2000年
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4 曲向前;浅谈我市建立清华大学研究生社会实践基地的收获[N];通辽日报;2007年
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8 记者 许震宁;希望更多人才在南京实现理想和抱负[N];南京日报;2008年
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10 刘中安 本报记者 李志民;清华学子抒发发展辽源情怀[N];辽源日报;2008年
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1 王永辉;流体与结构相耦合系统的有限元法研究[D];清华大学;1990年
2 夏雷;Nd-Al-Fe-Co大块非晶的非晶形成能力、磁性和显微结构研究[D];上海大学;2004年
3 李忠来;碳纳米管负载钌催化剂上氨合成及氨分解的TAP研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
4 赵少飞;复合加载条件下海洋地基承载力特性数值分析方法研究[D];大连理工大学;2006年
5 沈显峰;多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D];四川大学;2005年
6 陈长冰;筒仓内散体侧压力沿仓壁分布研究[D];合肥工业大学;2006年
7 寇哲君;可扩展冲击—接触并行计算及其在汽车碰撞模拟中的应用[D];清华大学;2003年
8 李岩;大型电力变压器线圈电磁力和局部过热问题研究[D];沈阳工业大学;1995年
9 李金洪;高铝粉煤灰制备莫来石陶瓷的性能及烧结反应机理[D];中国地质大学(北京);2007年
10 王凤山;聚合物驱抽油机井抽油杆柱的力学行为研究[D];大庆石油学院;2007年
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1 许龙;基于有限元法的耦合振动夹心换能器的特性和设计研究[D];陕西师范大学;2008年
2 刘克铭;刮板输送机的力学研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
3 赵莉;基于有限元的超声波加工中变幅杆的动力学分析与设计[D];太原理工大学;2005年
4 孙荣梅;飞机滑行道桥动态检测技术研究[D];中国民航大学;2009年
5 寇向东;船用柴油机和试验台耦合振动模态分析[D];大连理工大学;2006年
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7 姚成钊;考虑桥面不平顺影响的公路车辆—桥梁耦合振动分析研究[D];中南大学;2011年
8 邱宁;船舶主机和双层底耦合振动分析[D];大连海事大学;2011年
9 雷隽卿;平面粘弹性体热—湿应力有限元法及应用研究[D];中国农业大学;2000年
10 程坤;PCR-80冷辗扩机模态分析及整机刚度多目标优化[D];合肥工业大学;2005年
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