调谐液柱阻尼器-结构系统风致振动响应的CFD/CSD耦合分析方法

针对调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)难以建立其精确的非线性理论分析模型,且其力学性能试验成本高和耗时长等问题,首先采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟,在此基础上进一步提出了基于计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合分析方法,求解带TLCD系统的高层建筑结构的风致动力响应。通过开展某一TLCD系统在特定底部激励下的力学性能和动力特性试验,得到其内液体晃荡的自由液面波高和晃动力时程,验证了CFD数值模拟方法可以准确地分析TLCD水箱内液体的非线性晃动特征。随后对风工程领域广泛采用的76层建筑结构振动控制Benchmark模型,假设其顶部设置TLCD系统时主体结构在三种风速重现期(10、50和100年)风速对应的横风向动力风荷载激励下的风致控制效率,采用提出的CFD/CSD耦合分析方法,进行了数值仿真模拟分析。耦合分析结果表明,TLCD系统对Benchmark模型的风致加速度、速度和位移响应均有一定的控制效果,对加速度响应的控制效果要优于对位移响应的控制效果。该研究方法可为复杂TLCD系统对高层建筑的风振控制分析提供有效的参考。

高耐盐紫球藻资源筛选及其miR398-CSD盐胁迫应答模式研究

紫球藻是一类极具开发潜力的特色微藻,本研究旨在筛选、鉴定一批高耐盐紫球藻株,并对其miR398-CSD盐胁迫应答模式进行研究,以期为特色紫球藻的工业化高效应用及其耐盐机理机制的研究奠定基础。以国内外不同品系的紫球藻为试材,采用形态学、生理学、系统进化的方法分析其基本特征,从中筛选高耐盐品系;用高通量测序及生物信息学技术,鉴定紫球藻miR398及其靶基因CSD序列,分子生物学技术对其抑制类型进行验证;用stem-loop qRT-PCR和qRT-PCR技术,对紫球藻高耐盐品系不同盐度胁迫下的miR398及CSD表达模式进行分析。7株藻株均属于紫球藻属,系统进化上可划分为3簇,其细胞形态均符合典型的紫球藻特征,P1和P4属于高耐盐品系;miR398以切割抑制的方式对其靶基因CSD进行抑制,紫球藻miR398的表达随盐度的升高而下调,CSD则随盐度的升高而上调。研究结果为高耐盐紫球藻资源的开发利用及miRNAs分子定向改良藻株品质奠定基础。

基于CFD/CSD耦合的某液压管流固耦合特性计算研究

飞机控制广泛使用液压传动系统,在控制面操纵过程中,会造成液压系统内压力变动,对液压管路产生一定的冲击,液压管路在冲击下会产生变形和振动,进而影响管路内液体流动,产生流固耦合现象。本文对某液压管的流固耦合现象进行了CFD/CSD数值计算,得到了液压管内流动特性以及管壁的结构动响应,为液压管路的设计提供数值参考。

基于CFD/CSD耦合的高速射弹尾拍载荷特性研究

为提高射弹尾拍载荷的预测精度,建立了一套基于计算流体动力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)双向耦合分析的计算方法和程序。射弹流体计算主控方程采用耦合SSTk-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型的Navier-Stokes方程,射弹结构计算采用基于模态叠加法简化的结构动力学方程,流固耦合界面插值采用径向基函数法,网格变形采用弹簧网格法。分别对泡型计算方法和流固耦合方法进行验证,在此基础上,计算对比1 000 m/s速度下射弹刚体和弹性体的尾拍泡型、结构变形和尾拍流体载荷特性差异。计算表明:弹性体尾拍过程,射弹泡型会产生弹身“二次拍击”、“局部沾湿”和沾湿面积增大等特殊现象,结构变形由弹性一弯模态主导,较大的变形引起流体载荷增大27%~105%,尾拍姿态角增大13%,尾拍频率增加20%,流固耦合效应对尾拍泡型、尾拍载荷和尾拍弹道均产生了较强的影响。

基于CFD/CSD弱耦合方法的后掠尖旋翼气弹响应分析

准确计算旋翼的气弹响应,对于旋翼的设计与振动控制具有重要的意义。传统的旋翼气动模型通常采用简单的叶素理论、自由尾迹方法,导致气动力计算精度较差。这里的CFD计算采用非定常重叠动网格计算方法,通过直接求解Navier-Stokes方程的方法获得尾迹,旋翼的流场网格采用多重动网格方法生成。CSD计算采用有限体积梁单元建立桨叶的有限体积梁模型,边界条件采用第一类拉格朗日乘子法进行考虑。流固耦合交界面的气动力计算结果通过插值和积分映射到CSD模型上,在此基础上进行旋翼的气弹响应分析。

一种CFD/CSD耦合计算方法

针对柔性大展弦比机翼气动弹性分析和主动弹性机翼(AAW)设计发展了一种计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法。其主要思想是采用在同一物理时间弱耦合求解CFD/CSD技术。气动力采用非定常N-S方程的双时间有限体积求解技术,结构响应则采用有限元数值求解技术。CFD和CSD耦合计算的边界信息(气动力和网格)由所设计的界面程序传输。网格信息传输采用守恒体积转换(CVT)方法将CSD计算结构响应位移插值到CFD网格点上。变形已有的CFD网格技术用以确定CFD的变形网格。以位移或载荷的迭代误差为判断耦合计算的收敛标准。最后得到了机翼在Ma=0.8395,α=5.06°时CFD/CSD耦合计算的收敛值。针对计算结果分析了机翼受静气动弹性过程中结构响应和气动特性随时间变化的效应。初步研究结果表明:这种弱耦合方法求解非线性气动弹性问题是可行的。

基于CFD/CSD耦合的颤振与动载荷分析方法

采用CFD/CSD耦合方法,建立了气动弹性仿真系统。基于系统辨识的方法,使用Volterra级数建立了降阶模型(ROM),实现了颤振边界的快速求解,分别使用CFD/CSD全耦合方法与ROM完成了AGARD 445.6标模的颤振分析,计算结果与实验相符较好。使用ROM完成了带边条平直翼的颤振分析。使用CFD/CSD耦合方法计算了此机翼在飞行动压下的气弹响应,结果表明即使在颤振边界内,仍然有可能出现极限环振荡(LCO)。对此,分析了其气弹响应中的动载情况。结果表明基于CFD/CSD耦合的方法可以真实地仿真气弹响应过程,准确地分析气弹响应中的动态载荷情况。

基于CFD和CSD耦合的涡激振和颤振气弹模拟

以FLUENT为研究工具,利用微分方程的数值解法和动网格技术,基于松耦合方法将Newmark算法通过UDF嵌入Fluent软件中,实现了CFD和CSD耦合的分析方法。通过建立二维方柱绕流模型,计算了竖向单自由度振动方柱在不同风速下的斯托罗哈数和最大振幅的变化情况,模拟了涡激共振锁定现象,并与静态绕流的结果进行了对比。建立了具有竖向振动和扭转振动二自由度的薄平板模型,并识别了该平板的颤振导数,进一步对其弯扭耦合颤振临界风速进行了逼近计算,本方法得到的颤振临界风速与Scanlan理论公式和Selberg理论公式吻合较好。

基于CFD/CSD耦合算法的机翼颤振分析

用计算流体力学／计算结构力学（CFD／CSD）耦合算法对标准气动弹性模型AGARD445．6机翼作了颤振分析，主要研究机翼的跨音速颤振求解问题。采用常体积转换法（CVT）进行流体与结构之间的数据交换并运用松耦合方法对气动弹性方程进行时域推进仿真。计算机翼在Ma=0．499～1．072的颤振边界，并将计算结果同偶极子格网法（DLM）的计算结果与试验结果比较，结果显示CFD／CSD耦合计算结果较DLM计算结果更接近于试验值，尤其是在非线性强的跨音速区域。可见，CFD／CSD耦合计算比DLM具有很大的优越性。

二阶时间精度的CFD/CSD耦合算法研究

非线性气动弹性分析中,涉及到非线性流体动力学(CFD)和非线性结构动力学(CSD)的耦合计算问题。本文分析比较了目前几种耦合算法:全耦合、松耦合和紧耦合,并从耦合边界能量传递守恒上就松耦合及紧耦合方法进行了时间精度的分析,得出传统松耦合中即使流体和结构子系统达到高阶时间精度,耦合算法的时间精度仍仅为一阶,紧耦合方法虽然可以达到二阶时间精度,但没有明显提高计算效率。随后,本文基于松耦合流程改进了耦合格式,分析表明其具有二阶时间精度,通过AGARD445.6机翼颤振模型的算例验证,说明该方法可以在保证计算精度的基础上明显提高计算效率,并保持了传统松耦合方法模块化的优点,在模拟非线性气动弹性问题时具有很高的优越性。

CFD/CSD耦合计算研究

基于流体———结构干扰计算中流体和结构网格之间的数据交换方法的研究 ,提出了一种改进的常体积转换法 (CVT) ,即引入面积限制值来保证网格插值的质量。运用该方法对两种常规外形 :机翼和弹体圆柱段进行了插值计算 ,并与无限平板样条法 (IPS)进行了比较和误差评估。认为改进的CVT插值方法能避免原CVT方法可能出现的异常情况 ,且大大提高了插值精度 ,是一种适合用于CFD CSD耦合计算接口界面的插值方法。

结缕草ZjCSD基因的克隆及表达分析

铜锌超氧化物歧化酶是植物响应逆境胁迫过程中的关键酶,其含量和活性与植物抗逆性密切相关。本研究以结缕草cDNA为模板,利用同源克隆法,从结缕草转录组数据库中克隆获得了结缕草ZjCSD基因,该基因编码一个含有152个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析结果显示:ZjCSD基因编码蛋白为稳定的、亲水的、酸性、非分泌脂溶蛋白,定位于细胞质中,含有CSD蛋白家族特有的保守结构域,具有典型的Cu^(2+)和Zn^(2+)结合位点;与小米、玉米等禾本科植物具有较高的同源性,进化关系较近。采用实时荧光定量PCR研究该基因在不同组织中、不同胁迫处理下的表达模式,结果表明,ZjCSD基因在根、茎、叶中都有表达,叶中表达量最高;干旱胁迫(30%PEG)、盐胁迫(150mmol/L NaCl)和Cd^(2+)胁迫(200mg/L Cd^(2+))均能诱导ZjCSD基因表达量上调,Pb^(2+)胁迫(1g/L Pb^(2+))诱导ZjCSD基因表达量下调。故推测结缕草ZjCSD基因在结缕草应对干旱、盐和重金属胁迫的过程中发挥作用。

中华蜜蜂csd多态性分析

【目的】分析不同地理群体中华蜜蜂(Apis cerana cerana)csd的多态性。【方法】以吉林长白山、海南海口、广西南宁、湖北神农架和江西靖安5个省市的中蜂工蜂为试验材料,提取每个工蜂样品的基因组DNA,对csd 3区进行PCR扩增、克隆和测序,分析csd的多态性。【结果】对中国5个省市的中蜂csd 3区基因组序列进行了克隆测序,获得32条csd基因单倍型,其中吉林长白山和江西靖安群体csd的多态性显著高于其它群体,而吉林长白山群体和江西靖安群体之间,广西南宁群体、海南海口群体和湖北神农架群体之间csd的多态性没有显著差异。利用csd进行群体分析表明江西靖安中蜂与吉林长白山中蜂的核苷酸分歧度和遗传距离均最大,湖北神农架中蜂与广西南宁中蜂之间核苷酸分歧度和遗传距离最小。系统进化树表明来自5个地理群体的单倍型在进化树上混杂在一起,并没有按照地理来源分为5支。【结论】中华蜜蜂csd在各个地理群体中均具有很高的多态性,并且多态性水平在群体间有差异。

岩石有限应变测量反向轮法的计算机CSD软件设计

用计算机实现反向轮法测岩石有限应变的过程 ,可提高有限应变测量的准确性和效率 .开发出了用VisualBasic 5 .0编写的CSD软件 ,利用岩石薄片图像或者矿物颗粒轮廓图测出岩石有限应变的大小及应变椭圆长轴方向 ,同时测出矿物颗粒分布的优选方位 .其操作相当简便 ,首先统计出图像中 0°～ 180°各方向上矿物颗粒的边界数目 ;然后在方位 -边界坐标系中投点 ,并利用最小二乘法进行数据点的多项式曲线拟合 ;最后求出曲线的极值点坐标 ,并根据坐标绘制相应的应变椭圆 .软件运行中 ,统计出的边界数据和拟合曲线以及应变椭圆图形都是可视的 ,并能进行相应的保存 .

快速预测大跨度桥梁颤振临界风速的CFD-AM-CSD方法

提出一种基于CFD(computational fluid dynamics)计算和系统识别建立气动模型(aerodynamic model,简称AM),基于气动模型仿真和CSD(computational structural dynamics)耦合计算,快速预测大跨度桥梁颤振临界风速的CFD-AM-CSD方法。该方法先将桥梁在风作用下的流场处理成一个气动力系统,通过实现一种基于广谱激励强迫桥梁断面运动的CFD计算,并通过给定的桥梁运动位移和计算得到的气动力,基于系统识别获得桥梁主梁的气动力模型。然后将大跨度桥梁结构系统和主梁气动力系统组成AM-CSD气动弹性耦合系统,考察桥梁在初始位移激励条件和不同的来流风速下,耦合系统的位移和气动力响应之时域和频域特征,并最终预测大跨度桥梁的颤振临界风速。以主跨888m的虎门大桥为例,给出大桥的颤振临界风速和颤振形态,通过与风洞试验的对比,验证方法的可行性和高效性。

冬小麦miR398前体的克隆及其在低温条件下对靶基因CSD1表达的调控

miR398是受逆境胁迫负调控的miRNA,其靶基因CSD编码超氧化物歧化酶(SOD),使植物抵御活性氧(ROS)的毒害。为进一步了解低温胁迫下miR398的调控机制,从东农冬麦1号中克隆小麦miR398前体,构建过表达载体并转化拟南芥,用Real-time PCR检测T0代植株中小麦miR398及其靶基因CSD1在低温胁迫下的表达量。结果表明,随着低温胁迫时间的延长,miR398表达下调、CSD1基因表达上调,认为小麦miR398能响应低温胁迫、负调控CSD1基因表达,间接提高了拟南芥的抗寒性。

旋翼/机身耦合问题的CFD/CSD分析方法

提出了一种高精度的直升机旋翼/机身耦合系统振动响应分析方法。通过非定常Euler/N-S方程与准定常气动力相结合的方法来进行弹性旋翼流场分析,利用CSD软件建立精细的机身三维结构有限元模型,用15自由度非线性中等变形梁单元来建立旋翼动力学模型,最后采用带配平的松耦合迭代方法求解系统响应。以某小型直升机为例,分析了悬停状态下机身典型位置的振动响应,计算结果与实验值吻合良好。研究了前飞速度和机身弹性运动对机身振动水平的影响,结果表明,在小速度和大速度前飞时,机身振动响应随前飞速度的增加而增大;在中等速度段,机体振动水平则基本保持不变。

基于CSD的常吉高速公路自然环境选线方案优化

常(德)-吉(首)高速公路是我国规划的8条西部大通道之一——长(沙)-重(庆)高速公路的一段,经过常德、怀化、湘西三市州,沿线自然资源丰富、景观环境优美,选线若不合理,必将破坏沿线自然环境,影响自然景观及原始风貌,增加大气、水源及噪声污染。该文在对常吉高速公路沿线自然环境特点进行大量调查和分析的基础上,运用目前美国提出的一种新的设计理念——背景设计(CSD),进行了常吉高速公路保护自然环境的选线优化设计,通过具体路段的实例分析,证明了CSD方法是决策路线走向与环境保护的新途径,值得推广。

基于CSD编码遗传算法的FIR滤波器优化设计

本文主要研究了采用CSD(canonic signed digit)编码的遗传算法对FIR(Finite Impulse Response)滤波器系数进行的有限精度优化,并对传统的CSD编码方法进行了改进,使之能够更快地收敛到最优解。针对CSD编码经过交叉、变异后可能出现的问题,提出了解码替代的解决方法。在级联滤波器的设计中,采用了波纹互相抵消技术使设计的级联滤波器通带内纹波大大降低。

人工选育浆蜂与原种意大利蜜蜂csd基因多态性比较

以人工选育的浆蜂为材料,提取每个工蜂样品的基因组DNA,对csd基因3区进行PCR扩增、克隆和测序,最终获得了13个浆蜂csd基因单倍型。对浆蜂与原种意大利蜜蜂csd基因的多态性进行比较。结果表明浆蜂和原种意大利蜜蜂的核苷酸多样度(π)分别为0.057 85±0.004 92和0.043 80±0.005 75,两者之间没有显著差异。系统进化树表明来自浆蜂和原种意大利蜜蜂的单倍型混杂在一起,没有形成完全独立的2个分支。群体分析表明浆蜂和原种意大利蜜蜂之间的Fst距离是0.036 9,两者之间的遗传分化很弱。这些结果说明人工选育对浆蜂csd基因的多态性没有产生显著影响。