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弹性边界体流构耦合受力的数值研究

王从磊  
【摘要】: 由弹性边界体组成或为主体的设备,其工程应用日益广泛。由于流构耦合相互作用地影响,而产生大变形问题,单纯的欧拉法和拉格朗日法均不能很好地对其进行处理。而对于此类大变形强耦合问题的数值模拟,一直是计算流体动力学研究领域方面的热点,受到国内外科研人员的关注。 本文选用属于拉格朗日-欧拉法范畴的浸没边界法,利用投影法作为其中流动方程的求解方法,对弹性边界体的流构耦合问题进行了数值研究。在使用传统算例对本文所用的求解方法进行验证的基础上,对典型封闭结构弹性边界体的流构耦合相互作用,进行数值研究;另一方面,重点对典型的开放结构弹性边界体—降落伞的开伞阶段流构耦合情况及受力情况展开了数值模拟。通过数值模拟,获得了降落伞开伞阶段的伞形变化、流场压力变化、伞衣上拉力分布变化及降落伞开伞载荷变化的计算结果,并与文献中的试验结果及相关理论结论进行了比较。结果表明,本文所用的基于投影法的浸没边界法,能较好的对弹性边界体在流场中发生的流构耦合现象进行数值模拟,获得了弹性边界体受力以及变化情况,给出受力集中的位置以及受力峰值出现的时刻,对此类装置的设计及性能校核具有一定的指导意义,为此类装置的工程设计提供了一种较为可靠的辅助手段。


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