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《昆明理工大学》 2007年
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流体—结构耦合数值方法研究及其应用

林恩强  
【摘要】: 在海洋、船舶、航空、水利、化工和核动力等工程领域中,都会遇到流体和结构相互作用的耦合问题,其中,非线性动态流固耦合问题是目前学术界和工程界最具挑战性的研究内容之一。随着计算机硬件水平和流固耦合数值计算方法的发展,如何利用现代数值方法,深入研究非定常流场对结构的激振作用,对于避免流体诱发的共振从而提高结构的可靠性和安全性具有重要意义。本文基于流固弱耦合交错算法,分别应用大型通用有限元分析软件FLUENT和MARC对耦合系统进行离散求解,其主要工作包括: 1.对于流体—结构耦合系统的结构部分,本文给出了基于几何大变形非线性增量有限元模型,并讨论了在MARC软件中采用大变形理论时,力跟随和力不跟随对结构计算结果的影响。 2.对于流体—结构耦合系统的流体部分,本文建立了基于ALE描述的N-S流体有限体积控制方程,并引入动网格法来保证结构大变形后流体网格的质量,避免流体网格出现畸变。最后,在FLUENT中以鱼类行波运动为算例进行动网格计算,验证了所采用方法的有效性和正确性。 3.引入流体和结构在耦合界面上的协调条件,建立了非线性流体—结构耦合计算模型,采用基于FLUENT和MARC软件的弱耦合交错计算方法,并寻找合适的插值函数,通过两软件的二次开发功能,给出了耦合界面不匹配网格间运动和载荷传递的方法,编程实现流体—结构的耦合计算。 4.以两个具有广泛工程背景的算例对所建立起来的耦合方法进行深入分析。首先研究了单自由度弹性支撑方柱的涡致振动问题,捕获了涡致振动的“锁定”、“拍”等现象,验证了所建立的耦合方法的可行性。然后重点分析了处于静止方柱尾迹结构内的柔性悬臂梁涡致振动问题,讨论了交错耦合计算时间步长、雷诺数、结构几何非线性模型对悬臂梁响应的影响。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB126

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