流体和结构参数对板-流体耦合振动的影响

利用典型板-流体-板结构的流体动压解析表达式,推导了计算刚性水槽内扁宽梁上流体力的表达式,用假设模态法计算了刚性槽中四跨梁在空气和轴向粘性流中的固有频率.结果表明:梁在空气中的1阶固有频率计算值与测试值的相对误差为1.7%,满足工程要求;在流体中的固有频率随流速增大而减小,最终趋于零,并随板长和宽度增加而减小;流体的动力粘度对梁的固有频率基本无影响.

利用FEM/IBEM计算流体介质中的壳体的结构声耦合问题

利用有限元和间接边界元的声振耦合方程同时计算结构表面的振动和相应的辐射声场 ,将结构的物理坐标转化成模态基本量来表示 ,对完全耦合的结构动力学方程及声场方程进行解耦。对浸没于两种流体介质中的椭圆球壳体的数值计算结果表明 ,流体介质改变了结构的共振特性及声辐射特性。

基于格林函数法的封闭声腔的结构-声耦合分析

以封闭声腔为模型 ,在考虑流固耦合作用的基础上 ,结合流体格林函数和 Helm holtz方程及其边界条件 ,导出了各阶声压模态对应的声压振幅响应公式 ;结合结构格林函数和板的振动方程及其边界条件 ,导出了各阶板模态对应的速度振幅响应公式。这两个公式物理意义明确 ,易于转化为矩阵形式直接进行数值仿真 ,可应用于任意几何形状的封闭声腔 ,为进一步研究封闭声腔的结构 -声耦合问题提供了必要的理论基础。数值仿真部分首先对声压振幅和速度振幅的积分形式作了矩阵化。然后以长方体封闭声腔为模型 ,结合有限元法计算声压模态和弹性板的振动模态 ,合成耦合系数 ,并最终合成弹性板与声腔耦合作用下的的声压响应和弹性板的速度响应 ;将数值仿真结果与解析结果以及前人的试验结果进行比较 ,验证了本文在理论分析和数值仿真方面的正确性。最后将该方法应用于一个非规则封闭声腔模型 ,得到了结构 -声耦合作用下的系统响应。

液力变矩器流体-固体耦合压力脉动分析

在冲焊型高功率密度液力变矩器的设计过程中,需要考虑在油液非定常流动下叶片所受压力载荷脉动,以及在载荷脉动激励下结构的振动响应。采用基于动网格的流体-固体耦合方法,沿叶片入口至出口方向设定监测点,分析对应位置压力载荷脉动与叶轮振动时域特性,对载荷脉动进行频率转换并对叶轮模态进行频域分析。分析表明:涡轮叶片所受压力载荷脉动幅值最大处位于叶片入口与外环连接处;压力载荷脉动与叶片振动的幅值沿叶片入口到出口逐渐减弱,且随着速比升高载荷脉动幅值与叶片振动响应明显减弱;涡轮脉动峰值频率在叶轮第2阶与第3阶模态之间,随速比升高,压力载荷脉动频域幅值明显减弱。

旋转壳-流体耦合系统频率响应的动态设计

基于流固耦合理论 ,对浸水旋转壳频率响应的动态设计进行了比较全面的研究。针对动态设计中动力学重分析计算量大的问题 ,在对旋转壳 -流体耦合系统进行动力学建模时 ,对于旋转壳 ,根据其结构特点引入了既能保证计算精度又能大大提高计算效率的有限条法 ;对于流场 ,则采用边界元法来解决无限域问题和提高计算效率 ;然后利用凝聚降阶减小计算量 ,通过一种改进的模态迭加技术获得系统响应。计算结构动力响应及其灵敏度时 ,将灵敏度分析方法与动力响应计算方法相结合 ,得到动态灵敏度分析的快速算法。采用多目标优化方法 ,以重量、响应作为设计目标 ,对旋转壳结构进行了动力优化设计。计算实例表明 ,本文方法有效 ,并满足工程需要。

粘性流体中弹性板振动的有限元耦合问题

流体结构耦合作用问题是工程中比较常见的问题，具有重要意义，由于流体计算的复杂性，迄今为止，大部分的流体结构耦合分析都是建立在对流体充分简化的基础上，尤其是将流体视为无粘、无旋的理想流体．该文在近年来前人工作的基础上，发展了一种流体弹性结构耦合计算模式．流体视为不可压、有粘的介质，流场没有自由表面．该文采用ＳＵ／ＰＧ方法形成流体的有限元方程，采用ＡＬＥ格式处理流体和结构之间的移动界面．采用预估多次校正方法迭代求解耦合的有限元方程．该文进行了３个算例的计算，结果证明了该文计算格式及程序的有效性．

结构振动对湍流近尾迹的影响

研究了圆柱绕流中流体与结构的相互作用，侧重结构振动对湍流尾迹的影响。用激光测振仪测量圆柱在升力方向的位移；用热线和ＬＤＡ（二维）测量湍流的近尾迹。通过变化自由流的速度和圆柱体直径（特征尺寸）来变化雷诺数。用两个振动特性不同的（一个相对刚性，一个相对弹性）圆柱来产生尾迹，研究固体结构振动对湍流近尾迹的平均速度场和湍流场的影响。结果表明，结构自由振动对湍流近尾这场影响明显，该影响随雷诺数的变化不明显。

结构振动的水中声辐射计算

本文对水下三维弹性结构振动的声辐射问题进行了流体-结构声耦合振动的数值计算。对结构部分采用有限元法。流体部分采用边界元法。文中着重研究了边界元法中矩阵元素的数值计算,解决了流体与结构作用界面上的结合问题并简化了计算,编制了相应的较适用的计算机程序,对实例在微机上进行了计算,得到了满意的计算结果。

悬臂梁-流体-悬臂梁耦联系统的湿模态相互作用

应用流体的势流理论及悬臂梁振动方程，本文分析了悬臂梁流体悬臂梁耦联系统的自由振动问题。分析表明，悬臂梁除与流体发生相互作用外，两悬臂梁湿模态通过流体的耦合也发生相互作用，后者的作用使流固耦联系统的湿模态呈现新的振动特性，同一阶两个子结构（梁１，２）各自的干模态分别对应耦联系统同一阶的两个湿模态，一个以较低的湿频率出现，两梁呈反相位振型，另一个以较高的湿频率出现，两梁呈同相位振型。

用耦合有限元/边界元方法研究加筋板的声传输

采用耦合的有限元 /边界元方法 ,建立了考虑流体结构耦合的加筋板结构声传输计算模型 ,并利用该模型计算研究了加筋板的声传输特性。数值计算表明 :结构的传声损失与结构的固有频率和激励频率密切相关 ,避免共振仍是首要的 ;改变板厚或肋骨惯性矩后 ,由于结构固有频率发生了变化会使得结构传声损失曲线上极小值的位置发生改变 ;当声波从空气经结构向空气中传递时 ,增大板厚或肋骨惯性矩可明显增大结构的传声损失 ;而当声波从空气经结构向水中传递时 ,增大板厚或肋骨惯性矩也增大了结构的传声损失 ,但效果明显不如当声波从空气经结构向空气中传递时显著。

反应堆结构力学应用中的几个问题

核能的发展大大推动了结构力学的发展，并逐渐形成了有一定特色的反应堆结构力学。清华大学核能技术设计研究院在十几年的反应堆结构设计与分析中发现，结构力学的现状还不能完全满足核能发展的实际需要。例如在流体诱发振动、土壤-结构相互作用、部件安全评价等方面，当前的一些通用的分析方法在用于解决某些具体问题时，个人经验常常对分析结果起主要作用，导致分析结果有较大不确定性。这表明，结构力学的方法在一些方面尚有待进一步完善。本文就工程中的体会，提出几个感兴趣的课题，与同行共同研究。

流体-结构相互作用

无论是自然或人为的结构，在与流体流动相互作用时，不可避免地会引起振动：从植物的叶子到交通标志，以及更多工程结构，如大风中的桥梁和热交换器。在一定条件下，振动可能是自我激发的，通常将它视为一种流固系统。

有限长双层壳体声辐射理论及数值分析

研究流场中有限长加筋双层圆柱壳受径向点激励的振动和声辐射性能。壳体的振动用 Flügge壳体方程描述 ,将加强构件等价为对内外壳体的支持力 ,采用 Helmholtz波动方程、壳体表面的边界条件和傅氏变换方法求解声压的表达式 ,然后将其引入壳体振动方程 ,最后求解双层壳体声 -流体 -结构耦合方程 ,计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。讨论了有限长单、双层壳体声辐射性能的差别以及双层壳体壳间连接形式和实肋板参数的变化对其声辐射性能的影响 ,得出结论 :当内壳受激振动 ,通过外壳向外场辐射噪声时 ,其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板 。

统计能量分析中的响应统计估计及其研究进展

统计能量分析(SEA)是分析复杂动态系统结构-声耦合振动响应的有效方法,而结构响应的统计估计是评价SEA分析准确性的基本依据,是SEA的一个重要组成部分.在简要介绍了SEA基本理论及其响应统计估计理论的基础上,对SEA中的响应统计估计的研究进展进行了综述和讨论,指出了在SEA响应统计估计中存在的问题,论述了需要进一步深入研究的方面,并着重讨论了响应统计估计中基于Poisson频率空间和高斯正交总体(GOE)频率空间的结构响应方差分析方法及其在SEA响应统计估计发展中的重要作用.

强耦合流激振动的建模及求解的预测多修正算法

将基于Lagrangian描述的结构振动问题与基于Eulerian描述的不可压缩粘性流动问题通过流-固系统的功率耗散平衡在广义变分原理的框架下统一,建立了描述强耦合流激振动的有限元控制方程。采用将Newmark法和Hughes预测多修正法相结合的求解策略,提出了基于稳定有限元法求解小变形弹性结构强耦合流激振动的计算方法,用于计算复杂边界条件下的流激振动问题。以三维混流式水轮机叶道为例的数值算例表明,模拟结果与试验实测结果吻合较好。

弹性壁扩张式消声器传递损失特性研究

本文将挠性接管和扩张式消声器相结合,提出了弹性壁扩张式消声器。采用传递矩阵法将弹性壁扩张式消声器划分为三个声学单元,基于Green函数和Kirchhoff-Helmholtz积分公式建立了弹性管段的声学模型,进而求得弹性壁扩张式消声器的传递损失,并且利用有限元法对理论结果进行验证。然后,研究了管壁参数对传递损失的影响。基于等效流体模型简化算法,得到弹性壁扩张式消声器传递损失的近似解法。结果表明:相较于刚性壁扩张式消声器,弹性壁扩张式消声器的传递损失曲线向低频移动并且峰值得到提高,低频消声性能得到提升;降低管壁材料的弹性模量,使传递损失曲线进一步地向低频移动;增加管壁材料的阻尼,通过频率处的消声效果得到提高。采用等效流体模型简化了求解过程,在低频范围具有较高的精度。

汽车动力总成液压悬置元件特性研究

液压悬置具有低频大阻尼、高刚度等特点,可以有效隔离和衰减发动机的怠速振动,降低车内噪声,提高乘坐舒适性。为此,应用流体—结构耦合理论的方法建立了某车动力总成悬置系统的动力学分析模型,并运用Adams软件对其动特性进行了仿真。仿真结果与已知实验数据基本吻合,从而证明了该模型建立的正确性。

方柱绕流诱发的弹性薄板流固耦合特性研究

在封闭水流槽道中央,上游布置一刚性方柱,下游弹性薄板的一端固定在方柱尾端,弹性薄板上端、下端和另一端自由。上游方柱绕流后在下游形成周期性扰动流场,进而诱发下游弹性薄板的连续振动。数值模拟结果表明,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场对称结构遭到破坏,形成不同尺度的涡旋流动,同时弹性薄板表现出非周期、非对称的耦合振动行为。