基于任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法的标枪飞行仿真

目的(1)确定使用任意拉格朗日-欧拉(ALE,Arbitrary Lagrangian-Eulerian)流固耦合方法进行标枪飞行仿真的可行性;(2)通过ALE方法,确定最佳投掷时的攻角值。方法使用Femb前处理软件建立了标枪和空气的有限元模型;同时设置了标枪和空气的材料属性和单元属性,施加载荷、初始和边界条件,在此基础上用LS-DYNA求解器对给定出手参数的标枪进行了计算机仿真。结果给出了速度为30m/s,倾角为39°,高度为2m时,不同攻角下枪尖的水平和竖直位移。结论通过仿真,不但证明了使用ALE流固耦合方法进行标枪飞行计算机仿真是可行性的,而且出手参数的调节也容易控制;通过仿真分析,确定了30m/s和39°出手时,获得最佳投掷距离的攻角值为-3°。

基于MVPPM的流固耦合方法在爆炸容器数值计算中的应用

爆炸容器内部流场演化和壳体结构动力响应可为容器外形、结构和材料选取等设计提供直接的数据支持,但由于爆炸容器具有大尺度、多组分、高密度比和复杂结构等特点,其内部流场数值预测一直以来都比较困难。基于Level Set方法,将具有大变形特点的内部气体流场和相对变形较小的容器结构分离开来,对气体流场和容器结构分别采用Euler型的MVPPM方法和Lagrange方法进行处理,引入虚拟流体技术处理交界面上的物理信息,成功将这种流固耦合数值方法应用于椭球封头和类球形爆炸容器的数值计算。

基于有限体积法的三维CFD-DEM耦合方法

本文基于有限单元法对流体控制方程进行离散,并与离散单元法进行三维流固耦合计算。首先,针对多孔介质土体选取合适的控制方程,包括流体运动方程、颗粒运动方程及流固相互作用方程。然后将编译的计算流体力学程序引入离散单元法中进行耦合计算。最后,针对单颗粒沉降进行了数值模拟,结果表明:颗粒在刚开始下落时,速度增加较快,然后增加速率逐渐变缓并趋于稳定;随着颗粒的不断下降,其所受拖拽力随着时间先迅速增加,然后逐渐与浮重力一致;颗粒下降速度稳定后,水压(扣除静水压力)在颗粒附近呈蝶翼状分布,且颗粒上方为负压,下方为正压;颗粒下方水流向两侧外流,而上方水流向颗粒上方汇聚。以上研究结果表明此次编译的计算流体力学程序能够很好地和离散单元法进行耦合,并可用于研究多孔介质流固耦合问题。

水力自动翻板闸门运行过程中流固耦合数值模拟

以某水电站水力自控翻板闸门为例,对水力自控翻板闸门的整个工作过程进行分析,模拟闸门在水位不断上升的情况下闸门开启的过程,从而得到闸门在不同开启角度时的各个流态.所得结论可为闸门设计工作的研究提供参考.

轮胎滚动水滑特性的流固耦合分析

借助ABAQUS软件,以P205/55R16子午线轮胎为例,完成了从隐式分析向显式分析的结果传递,实现了轮胎水滑仿真。结果表明,根据对水流浮力和行驶速度关系的比较,验证了所建立轮胎水滑的流固耦合模型的可靠性;楔形水膜的水压相较于周边偏高,行驶速度越快,楔形水膜处水压越大,越易发生水滑现象;楔形水膜上下流层流速不均,下层水流流速较慢,是水滑的主要诱因;临界水滑速度随着水膜厚度的增加而降低。

基于流固耦合的固体推进剂药柱裂纹稳定性分析

含有裂纹缺陷的固体推进剂药柱会严重影响固体火箭发动机的工作性能,甚至带来严重的后果。采用流固耦合计算方法将流场压强信息传递至固体域,为固体域的受力计算提供边界条件。通过对裂纹类型缺陷进行J积分计算,分析J积分值的变化情况,得出影响缺陷发生扩展的因素。以往的研究表明,裂纹区域J积分值越大,裂纹的稳定性也越差。基于此,分析结果表明:裂纹的尺寸对腔内的燃气分布规律有显著的影响,裂纹深度的增加及宽度的减小均会引起裂纹内部燃气压强的升高,裂纹腔内压强越高,越容易导致裂纹发生扩展;裂纹深度的增大以及发动机点火升压速率提高,均会造成裂纹区域J积分值的增加,从而易使裂纹发生扩展;横向裂纹较纵向裂纹J积分值较大,在同等情况下更容易发生拓展;同时,裂纹越靠近药柱后部,受到壳体的约束越弱,导致裂纹尖端J积分值的增大,越容易发生拓展。

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法(CFD-FEM)相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。

水中墩柱结构地震反应的分析方法

概述了水中墩柱结构地震反应分析时考虑动水压力效应的必要性,阐述了水中墩柱结构地震反应的附加水质量和流固耦合两种分析方法,介绍了国内外规范对作用于墩柱结构上的计算动水压力的规定,最后对进一步研究提出了建议。

气体波动引起的弯曲流道气波机振荡管结构动态响应研究

弯曲流道气波制冷机内气体波动引起的振动行为复杂,而二维数值计算不能对其进行真实的模拟,且实验过程中难以采集气波机的振动信号。为了解决以上问题,对弯曲流道振荡管结构动态响应进行了研究。首先,基于流固耦合数值模拟方法,开发了双开口弯曲流道气波机波转子三维非定常流体流动模型,并对模型进行了可靠性验证;然后,采用傅里叶变换技术提取了振荡管内不规则压力激励载荷,分析了非定常流体激励载荷时域和频域分布规律;最后,分析了波动压力下振荡管结构的动态位移场和应力场,计算了气波机波转子系统固有频率,与相同参数下的直流道振荡管进行了对比。研究结果表明:相对于直流道振荡管,弯曲流道气波机振荡管的最大振幅增加了1.74倍,不利于结构安全运行,但幅值在10-2 mm以下,满足工程设计要求;虽然,振荡管插片振动频率与流激力载荷频率相近,但远离波转子结构的固有频率,因此不会引发结构共振和激烈的强迫振动,能够确保气波机安全平稳地运行。

轮胎横向花纹沟泵吸噪声仿真研究

基于流固耦合和气动声学的方法研究了轮胎横向花纹沟槽结构尺寸及其截面形状对花纹泵吸噪声的影响。运用Abaqus仿真了带有横向花纹沟槽轮胎滚动以获得滚动过程中花纹沟槽各壁面位移随时间的变化信息;提取接地印痕区域内单个横向花纹沟槽并建立与周围空气相耦合的有限元模型,通过对其施加相应位移边界条件来重现横向花纹沟槽在滚动过程中的状态特性;借助流场计算实现对花纹泵吸噪声的预测。结果表明:花纹泵吸噪声随着沟槽长度的增大而减小;随着沟槽宽度的增大而增大;而沟槽深度对泵吸噪声影响不明显;沟槽横截面的形状对泵吸噪声影响较大。

发动机点火过程中压强振荡对人工脱粘的冲击分析

针对固体火箭发动机点火过程,采用流固耦合的方法数值模拟了点火过程中发动机内流场以及药柱人工脱粘附近应力应变的变化情况。计算表明,点火初期发动机内部出现激波,并在药柱通道内振荡传播,随时间减弱为压强振荡。压强波动对人工脱粘缝隙的冲击会影响脱粘缝内流场的分布和应力应变,人工脱粘层尖端应力变化与升压梯度变化存在对应关系。激波对人工脱粘缝隙的冲击会引起装药明显变形,但是不会使缝隙增大。