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MPS-FEM Coupled Method for Study of Wave-Structure Interaction 被引量:3
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作者 Guanyu Zhang Xiang Chen Decheng Wan 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2019年第4期387-399,共13页
Nowadays,an increasing number of ships and marine structures are manufactured and inevitably operated in rough sea.As a result,some phenomena related to the violent fluid-elastic structure interactions(e.g.,hydrodynam... Nowadays,an increasing number of ships and marine structures are manufactured and inevitably operated in rough sea.As a result,some phenomena related to the violent fluid-elastic structure interactions(e.g.,hydrodynamic slamming on marine vessels,tsunami impact on onshore structures,and sloshing in liquid containers)have aroused huge challenges to ocean engineering fields.In this paper,the moving particle semi-implicit(MPS)method and finite element method(FEM)coupled method is proposed for use in numerical investigations of the interaction between a regular wave and a horizontal suspended structure.The fluid domain calculated by the MPS method is dispersed into fluid particles,and the structure domain solved by the FEM method is dispersed into beam elements.The generation of the 2D regular wave is firstly conducted,and convergence verification is performed to determine appropriate particle spacing for the simulation.Next,the regular wave interacting with a rigid structure is initially performed and verified through the comparison with the laboratory experiments.By verification,the MPS-FEM coupled method can be applied to fluid-structure interaction(FSI)problems with waves.On this basis,taking the flexibility of structure into consideration,the elastic dynamic response of the structure subjected to the wave slamming is investigated,including the evolutions of the free surface,the variation of the wave impact pressures,the velocity distribution,and the structural deformation response.By comparison with the rigid case,the effects of the structural flexibility on wave-elastic structure interaction can be obtained. 展开更多
关键词 MPS-FEM coupled method Fluid-structure interaction(fsi) Regular wave Wave impact pressure Structure deformation response
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复合材料螺旋桨流固耦合分析方法研究 被引量:16
2
作者 曾志波 姚志崇 +3 位作者 王玮波 刘润闻 韩用波 洪方文 《船舶力学》 EI 北大核心 2012年第5期477-483,共7页
文章基于面元法和有限元法,开展了复合材料螺旋桨流固耦合数值方法研究,着重探讨了复合材料桨叶有限元建模以及水动力外载荷与结构变形位移的流固耦合交界面数据传递问题,最终集成为一项复合材料螺旋桨流固耦合分析技术,测试了其收敛性... 文章基于面元法和有限元法,开展了复合材料螺旋桨流固耦合数值方法研究,着重探讨了复合材料桨叶有限元建模以及水动力外载荷与结构变形位移的流固耦合交界面数据传递问题,最终集成为一项复合材料螺旋桨流固耦合分析技术,测试了其收敛性。该技术针对5474复合材料螺旋桨的分析结果与文献结果吻合良好,为复合材料螺旋桨性能分析提供了必要的工具。 展开更多
关键词 复合材料螺旋桨 流固耦合 外载荷 变形
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离心泵叶轮流固耦合分析 被引量:25
3
作者 郑军 杨昌明 +1 位作者 朱利 贾宁宁 《流体机械》 CSCD 北大核心 2013年第2期25-29,共5页
基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形... 基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。 展开更多
关键词 叶轮 流固耦合技术 等效应力 总变形
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侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响 被引量:8
4
作者 张瑞 王先洲 +2 位作者 张志国 江伟健 陶铸 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2015年第6期87-94,共8页
由于艇后伴流场的不均匀性,螺旋桨运转时,周期性变化的载荷与桨叶结构的耦合作用会使桨叶发生变形。基于ANSYS Workbench平台,利用ACT_Transient FSI技术,将Fluent结果直接转换导入有限元求解器来计算螺旋桨结构响应,从而实现艇后螺旋... 由于艇后伴流场的不均匀性,螺旋桨运转时,周期性变化的载荷与桨叶结构的耦合作用会使桨叶发生变形。基于ANSYS Workbench平台,利用ACT_Transient FSI技术,将Fluent结果直接转换导入有限元求解器来计算螺旋桨结构响应,从而实现艇后螺旋桨瞬态单向的耦合分析。以DTMB 4381,DTMB 4382和DTMB 4383桨为研究对象,对艇后螺旋桨的水动力特性及桨叶的变形等进行数值模拟。结果表明:随着螺旋桨侧斜角的增加,脉动推力振荡明显减弱,桨叶最大变形量增加,但桨叶振动明显减弱。 展开更多
关键词 螺旋桨 流固耦合 脉动推力 变形特性
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复合材料螺旋桨流固耦合振动噪声研究综述 被引量:9
5
作者 黄政 熊鹰 鲁利 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期87-94,124,共9页
为了全面梳理有关复合材料桨的研究内容和方法,指出研究方向和思路,本文从稳态流固耦合变形、瞬态流固耦合振动和噪声等方面,综合国内外对弹性水翼和复合材料螺旋桨的研究进展进行了分析。国外在复合材料螺旋桨的流固耦合理论研究、测... 为了全面梳理有关复合材料桨的研究内容和方法,指出研究方向和思路,本文从稳态流固耦合变形、瞬态流固耦合振动和噪声等方面,综合国内外对弹性水翼和复合材料螺旋桨的研究进展进行了分析。国外在复合材料螺旋桨的流固耦合理论研究、测试技术等方面较为先进,可以将高阻尼材料通过完善的工艺成型方式应用于舰船螺旋桨。而国内对复合材料螺旋桨的稳态流固耦合变形研究较多,对瞬态流固耦合振动和噪声研究较少,没有形成完善的复合材料螺旋桨理论研究和测试体系,在实船应用方面更是空白。在此基础上,提出了复合材料螺旋桨减振降噪机理和刚度阻尼匹配设计方法的研究前景。 展开更多
关键词 复合材料螺旋桨 流固耦合 耦合变形 耦合振动 耦合噪声 算法 模型试验 刚度阻尼匹配
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螺旋桨CFD不确定度及叶形对桨叶变形的影响 被引量:4
6
作者 周振龙 朱锡 张帅 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期74-80,85,共8页
为了研究螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均Navier-Stokes方程并选用SSTk-ω湍流模型对438X系列螺旋桨的敞水性能进行数值模拟;针对4381螺旋桨设计了3套网格,并进行了螺旋桨敞水性能的不确定度分... 为了研究螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均Navier-Stokes方程并选用SSTk-ω湍流模型对438X系列螺旋桨的敞水性能进行数值模拟;针对4381螺旋桨设计了3套网格,并进行了螺旋桨敞水性能的不确定度分析;将CFD软件计算与有限元法求解相耦合,计算所得水动力载荷通过插值技术传递给螺旋桨,以分析桨叶应力分布及其叶梢处的变形情况.结果表明,在水动力载荷作用下,复合材料螺旋桨桨叶将产生明显变形,且不同螺旋桨所产生的侧斜和纵倾等均不同,在复合材料螺旋桨的设计和流-固耦合计算中必须加以考虑. 展开更多
关键词 计算流体力学(CFD) 螺旋桨 敞水性能 不确定度 流-固耦合 变形
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人工髋关节润滑系统的流固耦合分析 被引量:2
7
作者 王琳 刘辉萍 徐华 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2011年第3期240-246,共7页
目的在人工髋关节润滑系统研究中,对基于计算流体动力学和流固耦合技术的方法与传统的雷诺方程法进行比较。方法以金属对金属的全置换髋关节系统为研究对象,使用商业软件Adina作为计算平台,分别建立刚性和弹性流体动力学模型。结果使用... 目的在人工髋关节润滑系统研究中,对基于计算流体动力学和流固耦合技术的方法与传统的雷诺方程法进行比较。方法以金属对金属的全置换髋关节系统为研究对象,使用商业软件Adina作为计算平台,分别建立刚性和弹性流体动力学模型。结果使用基于计算流体动力学和流固耦合技术得到的润滑膜厚度曲线,中部有比较明显的凹陷现象,相较于传统的雷诺方程法得到的结果更为合理;人工髋关节系统的髋臼杯和股骨头的流固耦合表面在所施加的载荷的作用下发生了明显的弹性变形,且该变形和流体域中的压力分布相一致。结论使用基于计算流体动力学和流固耦合技术的方法计算人工髋关节系统的流体动力润滑性能比传统的雷诺方程法更为全面合理。 展开更多
关键词 人工髋关节 弹流润滑 流固耦合 弹性变形 计算流体动力学
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注水地层的变形对套管损坏的影响 被引量:4
8
作者 杜永军 杜良 《科学技术与工程》 2008年第23期6212-6217,共6页
油田在注水驱油过程中,高压注水改变了原有的地层压力的平衡,导致地层(或储层)应力场的改变和重新分布。本文首先建立了高压注水时地层渗流的流固耦合模型,然后针对某一特定注水地层进行变形分析。计算的结果表明,在高压注水时,地层在... 油田在注水驱油过程中,高压注水改变了原有的地层压力的平衡,导致地层(或储层)应力场的改变和重新分布。本文首先建立了高压注水时地层渗流的流固耦合模型,然后针对某一特定注水地层进行变形分析。计算的结果表明,在高压注水时,地层在水平方向产生挤压变形,在竖向方向出现明显的张拉,整个地层会发生向上隆起的变形。而地层的这种变形恰恰是导致置于其中的油水井套管出现剪切和拉伸损坏的直接原因。 展开更多
关键词 建立 流固耦合模型 注水地层 变形分析 套管损坏
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船舶撞击高桩码头的系统动力仿真研究 被引量:10
9
作者 邱拓荒 张颖 孙克俐 《港工技术》 2013年第1期37-39,共3页
利用LS-DYNA显式动力分析软件建立船舶撞击高桩码头的系统动力仿真模型,该模型将船舶—码头—土体视为整体系统,统筹考虑土体的弹塑性、桩与土体的流—固耦合效应和船体与橡胶护舷的面—面接触,可较好地模拟船舶撞击高桩码头过程中的大... 利用LS-DYNA显式动力分析软件建立船舶撞击高桩码头的系统动力仿真模型,该模型将船舶—码头—土体视为整体系统,统筹考虑土体的弹塑性、桩与土体的流—固耦合效应和船体与橡胶护舷的面—面接触,可较好地模拟船舶撞击高桩码头过程中的大尺度和非线性变形。初步分析船舶载重量、船舶撞击方式和橡胶护舷等因素对最大船舶撞击力和撞击历时曲线的影响,为确定高桩码头的船舶撞击力提供了可行的动力学分析方法。 展开更多
关键词 动力仿真 弹塑性模型 流—固耦合效应 大尺度变形 撞击历时曲线
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逆风条件下柔性风帆性能的流固耦合研究 被引量:1
10
作者 方泽江 谭俊哲 +3 位作者 纪光英 袁鹏 孙泽 王树杰 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期221-227,共7页
[目的]柔性风帆在风载荷下易发生非线性大变形,风帆形状会影响风帆周围的气流特性,为此研究柔性风帆变形对空气动力学性能的影响。[方法]开展柔性风帆变形的流固耦合研究。建立柔性风帆的初始形状模型和材料模型,采用显式有限元分析程序... [目的]柔性风帆在风载荷下易发生非线性大变形,风帆形状会影响风帆周围的气流特性,为此研究柔性风帆变形对空气动力学性能的影响。[方法]开展柔性风帆变形的流固耦合研究。建立柔性风帆的初始形状模型和材料模型,采用显式有限元分析程序AUTODYN解决柔性风帆非线性大变形问题,构建变形后的风帆形状。利用STAR-CCM+软件预测初始风帆和变形风帆性能。[结果]结果表明,相对风向角为20°的逆风条件下,变形风帆的迎风面整体压力值增大,背风面后缘附近产生的流动分离更严重,拱度增大带来的升力增大效应相对较小,因此升力整体减小。[结论]柔性风帆变形的流固耦合研究适用于精确评估或者优化风帆性能。 展开更多
关键词 柔性风帆 空气动力学性能 流固耦合 非线性大变形 AUTODYN STAR-CCM+
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流固耦合下的复合材料螺旋桨变形特性研究 被引量:2
11
作者 吴建岚 周振龙 《船海工程》 2013年第6期74-77,82,共5页
为了研究易变性复合材料螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过流体计算控制方程和结构有限元方程,建立复合材料螺旋桨流固耦合算法,并利用Ansys/Ansys CFX软件计算流固耦合下指定材料的系列螺旋桨水动力性能,将NBA材料桨计算结果与试验... 为了研究易变性复合材料螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过流体计算控制方程和结构有限元方程,建立复合材料螺旋桨流固耦合算法,并利用Ansys/Ansys CFX软件计算流固耦合下指定材料的系列螺旋桨水动力性能,将NBA材料桨计算结果与试验结果进行对比,验证了流固耦合算法的准确性。分析了指定复合材料螺旋桨变形前后水动力性能变化,在此基础之上,进一步分析了复合材料桨叶在特定进速下的应力分布,以及不同进速下各桨叶的变形规律。 展开更多
关键词 复合材料螺旋桨 流固耦合 变形特性
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基于流固耦合理论的渣浆泵叶轮结构分析 被引量:1
12
作者 李俏 寸瑞涛 +1 位作者 马朋速 周宪林 《新技术新工艺》 2015年第5期32-35,共4页
为准确得到渣浆泵叶轮的结构性能,采用了Fluent软件与多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench。基于Fluent软件,应用N-S控制方程与RNGκ-ε模型对叶轮进行了三维流动计算,采用单向流固耦合技术对渣浆泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了叶轮... 为准确得到渣浆泵叶轮的结构性能,采用了Fluent软件与多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench。基于Fluent软件,应用N-S控制方程与RNGκ-ε模型对叶轮进行了三维流动计算,采用单向流固耦合技术对渣浆泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况。计算结果表明,叶轮的最大危险区域为叶片进口与盖板结合处,存在应力集中现象;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。计算结果为渣浆泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。 展开更多
关键词 渣浆泵 叶轮 流固耦合 FLUENT 结构分析 等效应力 总变形
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考虑弯剪耦合变形的矩形空心墩等效塑性铰模型
13
作者 漆启明 邵长江 +3 位作者 杨华平 庄卫林 崔皓蒙 王春阳 《土木工程学报》 EI 2024年第11期23-32,105,共11页
矩形空心墩因截面挖空导致抗剪性能削弱,塑性铰区弯剪裂缝显著,而既有等效塑性铰模型和等效塑性铰长度公式较少涉及弯剪耦合变形。为此,文章提出考虑弯矩梯度、拉伸漂移、应变渗透效应以及剪切变形的矩形空心墩曲率分布假定和墩顶位移... 矩形空心墩因截面挖空导致抗剪性能削弱,塑性铰区弯剪裂缝显著,而既有等效塑性铰模型和等效塑性铰长度公式较少涉及弯剪耦合变形。为此,文章提出考虑弯矩梯度、拉伸漂移、应变渗透效应以及剪切变形的矩形空心墩曲率分布假定和墩顶位移计算方法,基于墩底塑性转角相等原则推导包含弯矩梯度、拉伸漂移和应变渗透效应的等效塑性铰长度理论公式和经验公式,并通过64个矩形空心墩试验数据对上述公式进行标定和验证。结果表明:规准等效塑性铰长度(L_(p)/h)随剪跨比、纵筋率及材料特性参数(f_(ul)/f_(yl)、f_(y1)d_(b)/√f'_(c))的增加而增大,与建议等效塑性铰长度经验公式的预测一致;规范和王震公式均高估了扣除剪切位移后的等效塑性铰长度,且会高估墩顶极限位移能力,使抗震设计偏于不安全;Berry公式计算的等效塑性铰长度略微保守,且能较准确地预测矩形空心墩的极限位移;而基于建议等效塑性铰长度经验公式和剪切位移占比系数经验公式的等效塑性铰模型,对矩形空心墩位移能力评估具有较高的计算精度和更小的离散性。 展开更多
关键词 桥梁工程 矩形空心墩 等效塑性铰模型 等效塑性铰长度 弯剪耦合变形 极限位移能力
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基于动态边界的跨声速压气机过渡态载荷研究 被引量:2
14
作者 李绍斌 张韦雅 +1 位作者 杨彩琼 郭倩楠 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1367-1376,共10页
针对航空涡轮发动机压气机部件的过渡态,基于动态边界并结合双向流固耦合(FSI)方法模拟了跨声速压气机NASA Rotor 67的过渡态过程,获得了考虑叶片弹性变形的压气机过渡过程特性曲线,研究了叶片气动弹性变形对跨声速压气机加速过程中气... 针对航空涡轮发动机压气机部件的过渡态,基于动态边界并结合双向流固耦合(FSI)方法模拟了跨声速压气机NASA Rotor 67的过渡态过程,获得了考虑叶片弹性变形的压气机过渡过程特性曲线,研究了叶片气动弹性变形对跨声速压气机加速过程中气动参数、流场激波结构演变过程的影响,分析了加速过程中非定常气动载荷与离心载荷共同作用下的叶片变形特征。结果表明:随转速升高,叶片变形对上半叶高区域的总压比和总温比的影响较显著;加速过程中,叶片变形对通道内激波结构特征及其演变有一定的影响;叶片变形主要集中在上半叶高,以弯曲变形为主导,主要由离心载荷造成,加速过程中叶尖区域的叶型出现反扭现象,从而引起压气机气动性能参数的变化。 展开更多
关键词 动态边界 跨声速压气机 过渡态性能 叶片变形 流固耦合(fsi)
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多点集中力下高超进气道弹性变几何研究 被引量:3
15
作者 杨顺凯 张堃元 +1 位作者 王磊 李永洲 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2516-2522,共7页
针对二元高超声速进气道需在宽马赫数Ma为4.5~6.0的范围内工作的要求,探索了一种在多点集中力作用下进气道曲面压缩面弹性可调的变几何方案.通过数值计算,首先对集中力数目的选取进行了研究,发现3个集中力对型面变形更为有效;然后对在... 针对二元高超声速进气道需在宽马赫数Ma为4.5~6.0的范围内工作的要求,探索了一种在多点集中力作用下进气道曲面压缩面弹性可调的变几何方案.通过数值计算,首先对集中力数目的选取进行了研究,发现3个集中力对型面变形更为有效;然后对在3个集中力作用下产生变形的进气道进行了流固耦合分析,结果表明变形型面的静压分布与理想型面的静压分布基本吻合;对其性能进行分析,结果表明:Ma为6.0设计的进气道,变形后在Ma为4.5,5.0流量系数分别达到0.98和1.00,且出口总压恢复系数与未变形的进气道相比基本保持不变.由此说明,多点集中力下弹性可调的变几何方案是可行的,并有助于提高非设计点下进气道的性能. 展开更多
关键词 多点集中力 高超进气道 弹性变几何 宽马赫数范围 流固耦合
原文传递
管道系统流体-结构耦合边界条件的分析方法 被引量:6
16
作者 费文平 杨建东 孙利华 《武汉水利电力大学学报》 CSCD 1997年第6期10-14,共5页
从两种不同的思路建立了复杂边界条件的通用数学模型,证实了两种建模方式的一致性,并提出了相应的计算模式.
关键词 边界条件 流体-结构耦合 变形协调 管道水力学
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