大型渡槽流固动力耦合效应试验研究

以南水北调工程穿黄箱形渡槽为研究对象,采用大比尺水弹性振动渡槽模型在水平振动台上进行试验,研究了地震作用下和谐激励下水体与槽体相互作用效应和机理,并将试验结果和Housner模型计算结果进行了对比分析。结果表明流固耦合作用对渡槽结构的动力特性、振动位移和动应力响应以及槽内水体的动水压力特性有很大影响,弹性槽壁上的动水压力远大于刚性槽壁上的动水压力。试验条件下,由槽内水体晃动产生的动水压力很小。基于研究结果最后对Housner模型在抗震分析中的应用提出了修正建议。

基于强夯大变形的地基流固动力耦合分析

根据流固动力耦合方法分析强夯加固地基机理,在土体的应变位移关系上采用大变形假设,建立土体非线性动力平衡方程和整体流固动力耦合方程.在算例数值分析中给出了地基位移、孔隙压力在强夯作用时间内和空间中的变化分布规律,得到了夯锤的最大夯沉量,计算了夯击后地基孔隙压力的消散行为,计算结果与济南绕城高速公路强夯法施工现场的测试结果较符合.

考虑几何非线性的强夯流固动力耦合分析

针对强夯法加固地基机理的流固动力耦合分析问题,本文考虑土体的几何非线性,建立土体非线性动力平衡方程和整体流固动力耦合方程,给出土体非线性动力平衡方程的迭代计算格式和流固动力耦合方程的解耦计算方法,并对一具体算例进行了数值分析,得到了地基位移、应力等在强夯作用下的变化规律和在空间上的分布特征,为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径。

流固耦合饱和两相介质动力模型在ABAQUS中的实现

采用以固相位移和孔压为基本未知量的u–p形式的方程组对于研究饱和土体的地震动力响应问题相对简单。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)接口,编制相应的接口程序,开发了基于流固耦合两相介质动力模型的孔压单元。通过算例对所开发单元的正确性进行了验证,结果表明,所开发的孔压单元能够对饱和土体的动力响应进行较为准确的计算,而ABAQUS中提供的CEP4P孔压单元动力反应计算结果与实际情况有较为明显的差异。

基于流固耦合动力模型的饱和土体-隧道体系地震反应研究

基于ABAQUS软件平台,应用自行开发的流固耦合动力模型孔压单元模拟场地土体,并通过黏弹性人工边界方法实现地震动的输入,对饱和土体场地中的双孔隧道结构在地震荷载作用下的动力反应进行研究。计算结果表明:在地震反应结束时刻,场地土体位移幅值在两隧道之间以及两隧道的附近区域较大,而远离隧道的区域则较小;场地底部区域土体的孔压幅值较大,而场地顶部区域土体则较小;隧道左右两侧拱腰部位的衬砌的应力较大,而拱顶部位则较小。计算结果同时表明了流固耦合动力模型孔压单元在饱和土体-隧道体系地震反应研究中的适用性。

流固耦合动力学问题中大位移耦合界面条件的处理方法

本文讨论了流固耦合问题中的大位移耦合界面条件的处理方法 ,这类界面条件包括移动斜面界面条件及移动曲面界面条件。计算了在水面的二维刚性浮体的非线性振动问题 ,证实了此处理方法的可行性 。

基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构体系地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了饱和土体-地下结构地震反应的计算研究。结果表明:在地震输入的最后时刻结构的两侧底角区域应力值最大;土体的孔隙压力和竖向位移主要集中在结构下方的区域,结构两侧土体的孔压与竖向位移呈对称分布;场地土体的竖向位移随深度的增加逐渐减小;体系最大地震反应出现的时刻对应于输入地震动的最大加速度出现的时刻。表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体-地下结构体系地震反应研究中的有效性。

某高陡山坡排土场动力-流固耦合稳定性分析

基于拟静力法,数值模拟分析了高陡山坡排土场在降雨饱和地震力组合最不利工况下的稳定性情况。基于拟静力法下的动力-流固耦合稳定性分析,能较好地模拟排土场在2种作用组合下的稳定情况,得到的安全系数能较好吻合,为复杂排土场的稳定性分析提供了有效的方法。

流固耦合动力学与航天工程中的流-固-控耦合问题

流固耦合动力学是目前一般力学领域的重要研究内容,在航天工程中,流固耦合问题更有其特殊的重要性。本文较系统地介绍了流固耦合动力学的研究内容及研究方法,并详细地综述了航天工程中与流体有关的耦合动力学问题的研究进展,最后指出了流体-航天器耦合动力学的非线性特征。

典型储液类结构流-固耦合问题的扩展研究

为了明晰流体与固体耦合力学机理及其相互作用力,本文以典型储液类流固耦合问题为研究对象,综合应用变积方法、Lagrange乘子法和对合变换法,建立了非保守流固耦合问题的一类变量和二类变量的拟变分原理。经推导其驻值条件得到一类变量和二类变量流固耦合问题的控制方程。应用Lagrange乘子表示流固耦合界面处耦合因子,分别给出应用流体力学变量和固体力学变量表达的耦合因子。将拟变分原理应用于有限元素法,建立了流-固耦合动力学的协调元和杂交元计算模型。本文对流固耦合问题的变分方法发展和提高计算效率具有重要作用。

流固耦合动力学在桥梁工程中的应用

本文以流固耦合动力学及其在桥为题目展开相关讨论,从历史发展的角度介绍了它的应用领域的变化及扩展,分析在水流与双薄壁墩流固耦合效应之下,水位变化对桥梁结构的动力影响;重点结合某桥梁工程从理论层面、从模型建立与分析角度,探讨流固耦合动力学在桥梁工程中的应用。

水面光伏电站复合材料浮体结构流固耦合分析

鉴于传统水面光伏电站用塑料浮体结构具有强度低、耐久性差、易沉没等缺陷和不足,本文提出了一种面向水面漂浮式光伏电站的复合材料浮体结构。在UPVC塑料圆管外侧缠绕成型玻璃纤维增强复合材料,设计并制造出了一种新型UPVC-FRP复合圆管浮体,对其制造安装流程进行了介绍,并进行了静载浮力分析。运用流固耦合数值分析方法,研究了复合圆管浮体结构因风、浪、流作用引起的水动力特性。结果表明,最大吃水深度为0.346 m,满足浮体对荷载组合下静载的浮力要求,且复合圆管浮体结构方阵具备抵御风、浪、流破坏作用的能力。

涌潮荷载作用下大型桁架式平面闸门动力响应仿真分析

通过三维有限元数值模型进行涌潮荷载作用下大型桁架式平面闸门动力响应仿真分析,研究大型桁架式平面闸门的结构动力特性,得出流固耦合条件下闸门结构的振动频率变化特征。在此基础上,通过涌潮荷载作用模拟对结构的动力响应进行仿真计算,得出闸门动位移和动应力值。采用水弹性振动模型对闸门结构的涌潮动力响应进行试验验证。验证结果表明,仿真计算结果与试验结果基本一致,仿真计算结果合理。最后,针对局部应力集中现象对闸门结构进行修改优化,并提出抗振优化方案。

接触爆炸作用下特大型LNG储罐的动力响应分析

评估特大型(16×104 m3及以上)液化天然气储罐的安全性至关重要,但国内外未见该类储罐抗爆的详细研究,国外现行规范也不能完全满足其安全评估的要求。为此,以某特大型LNG储罐为原型,根据其特有的结构形式,采用流固耦合ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)算法,对900kg等效TNT炸药在储罐最薄弱处(穹顶中心)爆炸时,爆炸冲击波作用下储罐的动力响应进行了数值模拟分析。由此得到了爆炸冲击波的初始峰值和衰减关系,并通过与经验公式的对比验证了荷载的可靠性;进而得出了接触爆炸作用下储罐结构的破坏情况,以及混凝土、钢筋等的应力分布规律和混凝土单元的位移、加速度响应。结果表明:①等效质量900kg TNT炸药在储罐穹顶顶心处接触爆炸后会在穹顶顶心部位形成一个半径为3m的大变形区;②爆炸对爆心附近25m内的结构影响较大;③900kg TNT炸药等效荷载约为该结构极限承载力。分析结果可为特大型LNG储罐的安全防护对策制定和日常的安全运营提供参考。最后还对储罐的抗爆设计提出了相关建议。

考虑断层破碎带影响的隧道结构地震反应研究

为研究跨断层隧道在渗流-地震耦合作用下的动力响应,以宣绩铁路周湾村隧道穿越富水断层为背景,基于Biot固结动力方程,采用有限差分软件FLAC 3D进行多场耦合数值计算。本文主要分析了断层破碎带宽度对隧道衬砌特征点加速度、孔压、位移及应力响应规律的影响。研究结果表明,对隧道结构不同位置而言,加速度响应规律一致,均为正常段加速度<破碎带加速度<交界面加速度。耦合场作用下,地层与破碎带交界处围岩位移及应力均发生突变。随着断层宽度的增加,应力及位移突变范围有所增大,孔隙水压力峰值也进一步扩大。此时隧道受压区增大,衬砌结构易发生局部破坏。通过加设注浆层的方式,可有效减少耦合场作用引起的拱圈应力分布不均现象。

复杂空间载流管道系统流固耦合动力学模型及其验证

针对飞机复杂管路系统振动分析,提出了一种复杂空间管道系统流固耦合动力学模型,在模型中用梁单元对管道进行了离散,每个节点考虑了x、y、z这3个方向的平动以及绕x、y、z这3个方向的转动,共计6个自由度;在单元中考虑了流固耦合效应,计及了流体流速对管道振动的影响;建立了管道与基础、管道与管道间的弹性连接,以适应多个管道之间的耦合振动分析;模型采用Newmark-β数值积分法获取系统响应。针对实际液压试验台的空间管路系统,利用锤击法进行实验模态分析,将本文模型的仿真结果与实验结果和商用有限元软件ANSYS Workbench的计算结果进行了分析比较,验证了本文模型的正确性。最后,仿真计算了流固耦合作用下流速对管道系统固有频率的影响规律。

深水桥墩水平简谐动力响应分析

流体与固体的相互作用,使水中结构的动力响应有别于空气中的情况。结合某深水斜拉桥的设计,研究了水深对桥墩动力响应的影响。将斜拉桥的主梁简化为桥墩墩顶的质量块,建立了处于不同水位的桥墩有限元模型,并计算了桥墩的动力特性和简谐荷载作用下的动力响应。

基于流固耦合两相介质动力模型的水下隧道结构地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了水下饱和土体场地上隧道结构地震反应的计算研究.计算结果表明:对于饱和土体场地上的单洞隧道,在地震动输入结束后,隧道底部附近区域土体的孔隙水压力值最大,此时隧道两侧土体的孔隙水压力呈现对称分布;对于饱和土体场地上的双洞隧道,在地震动输入结束后,两隧道之间区域土体的孔压为正值,而隧道下方区域土体的孔压为负值;左右两侧隧道的应力呈对称分布.计算工作同时表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体—地下结构体系地震反应研究中的有效性.

十字形伞开伞充气过程数值仿真研究

十字形降落伞是航空航天减速领域常用的伞型,开伞充气过程是其工作过程中较为复杂的一个阶段。为了研究十字形伞开伞充气过程中的动力学特性,文章基于任意拉格朗日-欧拉方法对十字形伞开伞过程进行流固耦合仿真计算,并将计算结果与风洞试验结果进行对比。对比发现:仿真计算得到的十字形伞稳态外形与试验结果一致,且仿真获得的降落伞气动载荷历程曲线与试验结果基本相符,载荷呈现出随着开伞过程逐渐增大,在开伞结束达到最大值后略有降低并逐渐稳定的趋势。仿真结果还表明,在十字形伞开伞过程中,伞衣的最大应力点位于伞臂的中心区域,充气顺序的先后会影响伞臂的应力分布,降落伞稳定后伞衣应力呈对称分布。文章采用的仿真方法能较好地模拟十字形伞开伞充气的动力学过程,得到的伞衣应力分布特点及影响因素可为十字形伞的设计与优化提供参考。

强夯加固饱和地基土的数值模拟

综合分析国内外有关饱和地基土强夯加固研究资料的基础上,考虑强夯作用下饱和土的流固耦合特性、土体非线性、强夯处理大变形理论,利用多孔介质模型,推导出有限元动力平衡方程,对强夯处理饱和地基土进行数值模拟,得到夯坑变形、流场分布、孔隙水压力分布等情况,为精确模拟分析强夯加固机理提供有效途径。