分析流-固耦合问题的ALE有限元平衡迭代算法

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述下的伽辽金/最小二乘(GLS)有限元法,以流体施加在固体上的耦合作用力为收敛控制参数,建立分析流-固耦合问题的平衡迭代算法;在伪弹性体法的基础上,提出新的网格更新算法,使得流体单元在网格更新过程中始终维持中节点位于单元边中点的直线形态。数值算例分析了质量-弹簧系统在封闭流体中的自由振动,得出因流-固耦合而产生的等效阻尼比、附加质量以及流场的形态。

基于流体速度势的非线性晃动问题的 ALE有限元分析(英文)

基于流体速度势 ,本文导出了非线性晃动问题的ALE有限元格式。通过引入 ALE运动学描述 ,使网格的运动独立于流体的运动 ,通过采用与贮箱固连的非惯性参考系建立控制方程 ,使网格只须相对贮箱更新 ,因此运动边界和自由液面的跟踪算法不仅非常简单 ,而且不会引起网格畸变。本文分别采用有限元法和有限差分法进行空间和时间离散 ,文中的算例分别模拟了贮箱受横向激励和俯仰激励时流体的非线性晃动问题 ,所得结果证实了本文方法的有效性与可靠性。文中的方法还可进一步推广用于流体 -结构耦合问题。

水平管内气液两相流诱导振动的数值研究

利用多场耦合有限元软件 ADINA，结合任意拉格朗日－欧拉（ALE）动网格方法，对水平弯管内气液两相流诱导振动问题进行了数值模拟研究；重点考察了管结构振动响应特性及流型、体积含气率β和分相折算速度等对激振力的影响。计算结果表明：管结构动态响应表现为低频带内随机振动和周期性振动的混合，响应主频随分相折算速度的增加而逐渐增大。脉动激振力均方根值 FRMS在环状流时最大，长泡状流时最小；β在60％～100％范围内且固定两相平均流速时，FRMS随β的增大而减小；FRMS随分相折算速度的增加而增大。最后通过建立数学模型总结出了水平弯管内气液两相流诱导振动的机理，并提出了针对性的减振措施。

自由液面流体大晃动有限元方法

本文给出了一种以 AL E描述 N- S方程为基础的 ,求解具有自由液面流体大晃动的有限元方法。文中首先给了 AL E描述的 N- S方程、自由液面边界条件和相应的有限元方程 ;然后分别采用经典 Galerkin格式和 Newmark法进行空间和时域的离散化 ,得到了相的 Newmark-压力修正求解格式 ,并由预测—校正法直接求解。分析实例表明这是一种简单可靠的方法。

平板流固耦合振动的数值分析

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日-欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.

覆水场地地震反应分析

随着各种海洋结构物的兴建,覆水场地的地震反应逐渐成为研究热点。基于任意拉格朗日-欧拉描述,推导时变区域上的流体运动方程,给出流场、结构的接触条件和流场网格运动控制方法。对于平坦覆水场地,水平向地震动作用下,根据Couette流理论证明该类场地流体作用可以忽略;竖向地震动激励下,横向均匀场地可以通过动水压力公式准确考虑流体作用,横向非均匀场地则需要通过流固耦合方法考虑流体作用,以海底隧道为例加以说明。对于起伏场地,天然起伏场地在地震动激励下的动力反应具有明显的流固耦合特征,以三角形起伏场地为算例;结构物的兴建造成的人工起伏场地同样需要考虑流固耦合效应,以某沉管隧道在水平向地震动激励下的动力反应为算例,并根据结果初步提出该类结构物流固耦合分析的简化计算方法。

考虑流固耦合的水中结构物地震反应方法

基于运动控制体的雷诺输运定理,采用任意拉格朗日-欧拉描述推导控制流体运动的Navier-Stokes方程;提出考虑流固耦合效应的水中结构物地震反应计算方法,并以水中垂直板的地震反应为例,阐明流固耦合体系的求解方法。分析地震动频率和水深对场地土-结构-流水构成的流固耦合系统动力反应的影响,结果表明:采用不可压缩流算法的Navier-Stokes方程能够合理模拟流场的位形变化,并保证流固耦合计算的收敛;考虑流固耦合作用使得结构地震反应幅值明显增大,并使频谱特性发生改变;水深对流固耦合效应的影响较大,并具有明显的非线性特征。

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉(Aribitrary Lagrange-Euler,ALE)描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应(Fluid-structure interaction,FSI)的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明:流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。

复杂铝型材挤压过程的模拟与试模(英文)

采用任意拉格朗日-欧拉描述法(ALE) 的自适应网格划分技术,运用 HyperXtrude 软件对铝加工的挤压过程进行仿真模拟,获得挤压时金属流动的应力—应变场、温度场以及速度场,并将模拟仿真结果与试模结果进行对比分析,其结果基本一致,证明运用该仿真模拟方法可以预测实际生产过程中的一些缺陷。

纳米压印过程中的聚合物流变机理

针对紫外纳米压印工艺,采用有限元软件对光刻胶的流变填充过程进行了模拟.根据紫外压印中光刻胶黏度系数小的特点,建立了基于黏性流体的模型,采用流固耦合的ALE(ArbitraryLagrange Euler)方法,系统分析了模板的周期性、占空比、深宽比及非周期结构对光刻胶填充效果的影响.结果表明,相对于非周期模板,周期结构的模板所能引起的图形转移缺陷小;占空比及深宽比对小周期模板比大周期模板的影响大.进行了纳米压印实验,实验结果与仿真结果吻合,说明了仿真的可信,可以作为模板结构设计及表面处理工艺的依据.

近场水下爆炸载荷对舰船结构的局部毁伤特性

主要采用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)方法的LS-DYNA软件,对舱段结构在水下近场爆炸与水下接触爆炸情况下的毁伤特性进行研究.为验证该方法的有效性,首先运用该方法对TNT炸药在水下爆炸产生的冲击波峰值进行模拟,将模拟得到的仿真值与经验公式的计算值进行对比,从而验证该方法的有效性.运用该方法对平板水下接触爆炸实验进行验证,将模拟结果与试验结果进行对比,进一步验证ALE方法的有效性.最后,采用ALE方法分别对不同结构型式的舱段在水下近场爆炸与水下接触爆炸进行数值模拟,研究不同结构型式舱段结构在不同工况下的毁伤特性,定量分析破口大小与结构毁伤模式.