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《北京交通大学》 2008年
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流固耦合作用的弱耦合算法及风与薄膜结构的耦合分析

王彬  
【摘要】: 薄膜结构在风荷载作用下的流固耦合问题是结构风工程研究的热点问题之一。本文采用基于计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)方法的弱耦合算法进行结构与流体(主要是风)的流固耦合数值模拟,即在每一时间步内分别对流体方程和结构运动方程交替迭代求解,通过把第一个物理场的计算结果作为外荷载施加于第二个物理场来实现两个场的耦合。论文的主要工作如下: 1.作为数值模拟技术的基础,首先研究了计算流体动力学(CFD)的基本控制方程,完成了质量守恒方程和动量守恒方程的推导过程。对基于CFD的数值风洞关键基础和技术进行研究分析,阐述了CFD的基本思想,研究了基于有限体积法的控制方程的离散方法以及流场的数值求解的PISO算法。对于风的湍流特性的模拟采用了基于Reynolds时均方程的标准k—ε方程,完成了标准k—ε方程推导过程。 2.研究了弱耦合算法的迭代求解过程,主要包括结构求解器、流体求解器和控制程序三个基本要素。根据所提供的CSD和CFD网格的信息,采用桶式搜索算法和各种匹配标准来确定不同的程序之间的传递路径,建立起内插耦合参量。 3.针对流固耦合界面的数据信息的传递和交换,研究了将荷载信息从流体网格传输到结构网格上的积分算法以及将结构的几何变形传输到流体网格的守恒算法。采用插值方法使采用不同的空间和时间离散方法的流体和结构的求解同步化,成功地解决了两种软件程序之间的计算数据的信息交换问题。 4.采用动网格技术实现CFD网格随着结构的运动和变形而相应变形,编制了相应的程序使整个流体区域的网格不因边界的运动而导致单元畸变。 5.基于上述平台对薄膜结构和风荷载的流固耦合效应进行计算研究,验证了本文的弱耦合算法的可行性。算例分析表明,数值风洞方法是求解风与结构相互作用问题的一种有效方法,为我们下一步进行数值模拟和实验观测数据的比较奠定了基础。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU38;O35

【引证文献】
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3 张学森;基于流固耦合数值模拟的深孔平面钢闸门底缘结构型式研究[D];西北农林科技大学;2011年
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【参考文献】
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【共引文献】
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1 王高飞;通风方式对气流组织和室内空气品质的模拟研究[D];河南理工大学;2010年
2 王发辉;基于FLUENT的干法磁分离机理的数值模拟[D];河南理工大学;2010年
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8 王珺;山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
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3 覃海艺;邓京兰;王继辉;高国强;;截球形地面雷达罩在风荷载作用下的力学分析[J];玻璃钢/复合材料;2006年05期
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1 余学军;斜流泵内部流动的数值模拟及技术改造[D];西华大学;2011年
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5 胡楠;考虑流激振动的闸门受力分析[D];河海大学;2006年
6 王好强;平面钢闸门静动力分析与优化设计[D];河海大学;2006年
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10 王博;基于CFD方法的直升机旋翼/机身流场模拟及分析[D];南京航空航天大学;2007年
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2 李伟;斜流泵启动过程瞬态非定常内流特性及实验研究[D];江苏大学;2012年
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1 方文强;汽车液力减振器阀片动特性的有限元重构计算与解析[D];重庆大学;2012年
【二级参考文献】
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2 记者 欧阳春艳;全国百篇优秀博士学位论文评选揭晓[N];长江日报;2005年
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4 本报通讯员 王虹英袁芳 本报记者 高李鹏;科技助力 前景无限[N];人民铁道;2007年
5 ;北京交通大学与甲骨文公司成立铁路信息技术实验室[N];中国电脑教育报;2007年
6 本报特约通讯员  汤宏;播撒创新的种子[N];解放军报;2006年
7 学位办;研究生院奖励优秀博士学位论文[N];中国社会科学院院报;2008年
8 徐宜军;哈工大博士学位论文实行匿名评议制度[N];新华每日电讯;2005年
9 杨达卿;北京交通大学喜迎110周年校庆[N];现代物流报;2006年
10 周玲玲;2007年全国优秀博士学位论文评选结果公布[N];中国教育报;2007年
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1 王彬;流固耦合作用的弱耦合算法及风与薄膜结构的耦合分析[D];北京交通大学;2008年
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9 吕俊良;四边形网上有限体积元法的L~2误差估计及超收敛[D];吉林大学;2009年
10 孙士丽;具有自由液面效应的高频流固耦合问题[D];哈尔滨工程大学;2011年
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4 徐少卿;基于多重模糊推理模型的插值推理算法研究[D];西南交通大学;2010年
5 胡林;面向曲面的数据建模方法及其应用[D];南京工业大学;2004年
6 贺秀莲;阵列天线RCS研究[D];西安电子科技大学;2002年
7 吉小艳;弧形钢闸门主框架动力稳定性的研究[D];西北农林科技大学;2004年
8 吴忆峰;基于传声损失的双层隔声窗结构参数的优化设计与分析[D];汕头大学;2005年
9 罗毅;改进的PDE图像插值技术及其应用研究[D];重庆大学;2005年
10 孟辉;细分格式、插值及小波的若干问题研究[D];浙江大学;2006年
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