增材制造技术中的流固耦合度影响因素

对流固界面的耦合程度为增材制造技术带来的挑战进行报道。以流体柱体外围绕无限远各向同性固体模型为基准,在角频率—波数域建立流体满足的声波方程、固体满足的弹性波方程和流固耦合边界条件。引入流固耦合度这一概念,导出法向位移断续、法向应力断续、切向应力为零的流固界面不完全耦合边界条件,考察不同中心频率的单极子声源在模型中激发的频散特征和波形特征。流体柱体与硬性固体相耦合,降低了各阶模式的截止频率,压制了各阶模式的传播速度,法向位移耦合度或法向应力耦合度的增大,分别使得各阶模式更加远离或靠近流体柱体外围不存在硬性固体的情形;流体柱体与软性固体相耦合,频散波仅存在一个具有较低截止频率的0阶模式,法向位移耦合度或法向应力耦合度的减小,均使得0阶模式更加远离流体柱体外围不存在软性固体的情形,且截止频率持续降低直至消失,甚至可能导致0阶模式发生反转。法向应力耦合度为零时的复杂波串并非频散曲线中的某阶模式,而是某种其他非频散波。留存于流体柱体内的"滞能纵波"和近乎于流体柱体外围绕横向各向同性固体时的传播特性,是流体柱体与软性固体相耦合时产生的特殊数学物理现象。