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Erosion-Induced Inflammation on Coronary Plaque Stress/Strain and Flow Shear Stress Calculations Using OCT-Based FSI Computational Model 被引量:1
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作者 Liang Wang Luping He +4 位作者 Rui Lv Xiaoya Guo Chun Yang Haibo Jia Dalin Tang 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期112-113,共2页
Plaque erosion,together with plaque rupture,is a common cause for acute coronary syndrome(ACS).Plaque erosion alone is responsible for about one third of the patients with ACS.Eroded plaque is defined as thrombosed,en... Plaque erosion,together with plaque rupture,is a common cause for acute coronary syndrome(ACS).Plaque erosion alone is responsible for about one third of the patients with ACS.Eroded plaque is defined as thrombosed,endothelium-absent and non-ruptured but often-inflamed plaques based on histological findings.Even though there is efficient imaging technologies to detect the eroded plaque in vivo and tailored treatment strategy has also been developed for ACScaused by erosion in clinics,the pathogenesis mechanisms that cause plaque erosion are not fully understood.It is widely postulated that thrombus formation and endothelial apoptosis(the precursors of plaque erosion)have closed association with biomechanical conditions in the coronary vessel.Revealing of the mechanical conditions in the eroded plaque could advance our knowledge in understanding the formation of plaque erosion.To this end,patient-specific OCT-based fluid-structure interaction(FSI)models were developed to investigate the plaque biomechanical conditions and investigate the impact of erosioninduced inflammation on biomechanical conditions.In vivo OCTand Biplane X-ray angiographic data of eroded coronary plaque were acquired from one male patient(age:64). OCT images were segmented manually with external elastic membrane contour and the trailing edge of the lipid-rich necrotic core(lipid)assumed to have positive remodeling ratio 1.1.Locations with luminal surface having direct contact with intraluminal thrombus on OCT images were identified erosion sites.Fusion of OCT and biplane X-ray angiographic data were performed to obtain the 3D coronary geometry.OCT-based FSI models with pre-shrink-stretch process and anisotropic material properties were constructed following previously established procedures.To reflect tissue weakening caused by erosion-induced inflammation,the material stiffness of plaque intima at the erosion site was adjust to one tenth of un-eroded fibrous plaque tissue.Three FSI models were constructed to investigate the impacts of inflammation and lipid component on plaque biomechanics:M1,without erosion(this means plaque intima at the erosion sites were not softened)and without inclusion of lipid component;M2,with erosion but no lipid;M3,with erosion and inclusion of lipid.FSI models were solved by ADINA to obtain the biomechanical conditions at peak blood pressure including plaque wall stress/strain(PWS/PWSn)and flow wall shear stress(WSS).The average values of three biomechanical conditions at the erosion sites and at the fibrous cap overlaying lipid component were calculated from three models for analysis.The results of M1 and M2 were compared to investigate the impact of erosion-induced inflammation on plaque biomechanics.Mean PWS value decreases from 49.98 kPa to 18.83 kPa(62.32%decrease)while Mean PWSn value increases from 0.123 1 to 0.138 4(12%increase)as the material stiffness becomes 10times soft.Comparing M2 and M3 at the cap sites,M3(with inclusion of lipid)will elevates mean PWS and PWSn values by48.59%and 16.09%,respectively.The impacts of erosion and lipid on flow shear stress were limited(<2%).To conclude,erosion-induced inflammation would lead to lower stress distribution but larger strain distribution,while lipid would elevate both stress and strain conditions.This shows the influence of erosion and lipid component has impacts on stress/strain cal-culations which are closely related to plaque assessment. 展开更多
关键词 plaque EROSION INFLAMMATION fluid-structure interaction OCT acute CORONARY SYNDROME
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细长输流管道大变形动力学研究进展
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作者 陈伟 曹润青 +2 位作者 胡嘉纯 代胡亮 王琳 《力学进展》 北大核心 2025年第1期113-174,共62页
细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典... 细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典型的流固耦合力学行为,已成为结构动力学、流固耦合力学等研究领域的一个普遍性范例.在建立动力学方程、明确稳定性机理和分析非线性振动规律之后,近年来人们极其关注输流管道的大变形/大位移动力学问题.本文系统介绍了细长输流管道非线性振动,特别是其弯曲大变形动力学的研究进展.首先,概述了输流管系统的非线性特征及其分类,简要分析了一些常用假设的合理性.其次,重点介绍了泰勒展开近似模型、几何精确理论模型、绝对节点坐标描述计算模型、数据驱动模型及相关的其他建模与求解方法.然后,针对两端支撑管道和悬臂管道两类有本质区别的动力学系统,回顾了其非线性动力学机理与演化规律,重点介绍了悬臂管道从小变形假设到大变形响应的一些新近研究进展.在此基础上,还介绍了提高输流管稳定性、抑制输流管非线性振动和利用输流管大变形响应的主要方法.最后,对细长输流管道大变形动力学的研究现状进行了归纳总结,并指出值得关注的几个基础性科学问题. 展开更多
关键词 输流管道 流固耦合 大变形动力学 几何精确模型 绝对节点坐标法
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基于非线性动力学稀疏辨识的涡致振动系统建模
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作者 季廷炜 王亮 +2 位作者 谢芳芳 张鑫帅 郑畅东 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第2期402-412,432,共12页
以二维和三维圆柱涡致振动(VIV)系统为研究对象,通过非线性动力学稀疏辨识(SINDy)的方法,识别VIV系统的结构响应模型和尾流振荡模型.对模型进行验证和分析,得到VIV系统的流固耦合模型,实现不同缩减速度下圆柱VIV位移和速度响应的预测.... 以二维和三维圆柱涡致振动(VIV)系统为研究对象,通过非线性动力学稀疏辨识(SINDy)的方法,识别VIV系统的结构响应模型和尾流振荡模型.对模型进行验证和分析,得到VIV系统的流固耦合模型,实现不同缩减速度下圆柱VIV位移和速度响应的预测.结果表明,采用SINDy算法,识别了带有附加阻尼的二维VIV系统的结构响应模型.该模型与流固耦合系统的动力学特征表现出明显的规律:当涡致振动系统处于锁定(lock-in)区域时,附加阻尼随缩减速度变大而基本保持不变,结构的无量纲最大振幅保持在较高水平;当涡致振动系统处于非锁定区域时,附加阻尼随缩减速度变大而呈现线性下降的特征,结构的无量纲振幅保持在较低水平.基于SINDy方法识别的二维VIV系统流固耦合模型和三维VIV系统结构响应模型有较好的预测能力,其中二维VIV系统流固耦合模型有一定的泛化能力.模型预测值能够表征原系统的运动特征,对二维VIV系统结构位移响应预测的相对误差小于6%,结构速度响应预测的相对误差小于5%,对三维VIV系统结构位移和速度响应预测的相对误差小于4%. 展开更多
关键词 稀疏辨识 涡致振动 流固耦合 降阶模型 非线性动力学
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一种基于浸没边界-大涡模拟的降落伞流固耦合计算方法
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作者 张扬 濮天梅 +2 位作者 周春华 欧阳弘扬 童旭东 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第2期96-109,I0002,共15页
降落伞充气过程涉及复杂的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)现象,浸没边界(immersed boundary,IB)方法作为一种边界非协调方法,适合处理这种非线性大变形FSI问题。将Mittal等提出的尖锐界面IB方法与大涡模拟(large eddy simul... 降落伞充气过程涉及复杂的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)现象,浸没边界(immersed boundary,IB)方法作为一种边界非协调方法,适合处理这种非线性大变形FSI问题。将Mittal等提出的尖锐界面IB方法与大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合(LES/IB),应用于中高雷诺数(Re)降落伞绕流的模拟。在此基础上,结合非线性有限元方法,建立了一种基于适合复杂外形非均匀湍流的动态Vreman亚格子(Vreman subgrid-scale,Vreman SGS)模型的FSI方法,用于模拟降落伞充气过程。最后,通过经典的圆柱绕流算例(Re=3900)验证所发展的LES/IB方法的准确性。结果表明,LES/IB方法对平均阻力系数(C_(D))、后缘点平均背压系数(-C_(p,b))和斯特劳哈尔数(St)的计算结果与直接数值模拟、LES和实验结果吻合较好,误差均低于8%。此外,利用发展的Vreman SGS模型对典型的圆伞和十字伞充气过程中的气动性能和结构响应进行了分析,并与Smagorinsky SGS模型进行了对比。结果表明,在降落伞充气呼吸阶段,两者对阻力系数和投影面积的计算结果吻合较好,相对误差均在5%以内,验证了本文FSI方法的可靠性。 展开更多
关键词 降落伞充气 流固耦合 浸没边界方法 大涡模拟 亚格子模型
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黄河上游地区泥石流冲击刚性防护结构运动过程的移动粒子半隐式流固耦合模拟
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作者 王志刚 冯亚亚 +7 位作者 张长青 孙中科 徐扬 卢明辉 黄丽颖 马鑫弟 郑俊杰 刘冠男 《地球科学与环境学报》 北大核心 2025年第4期618-633,共16页
黄河上游地区泥石流灾害具有高突发性和强破坏性,其细颗粒含量高、黏度大的特性使得传统数值方法难以准确模拟其冲击过程。基于移动粒子半隐式(MPS)方法与宾汉姆流变模型的耦合框架,构建了适用于泥石流-结构流固耦合模拟的高精度数值模... 黄河上游地区泥石流灾害具有高突发性和强破坏性,其细颗粒含量高、黏度大的特性使得传统数值方法难以准确模拟其冲击过程。基于移动粒子半隐式(MPS)方法与宾汉姆流变模型的耦合框架,构建了适用于泥石流-结构流固耦合模拟的高精度数值模型,并通过对比模型模拟结果与前人试验结果验证了该模型的准确性;针对黄河上游地区典型泥石流灾害场景,系统模拟了不同泥石流体积(10~30 m3)和边坡坡度(5°~15°)下泥石流对刚性防护结构冲击动力过程的影响。结果表明:(1)在边坡坡度为5°工况下,当泥石流体积为25 m3时,泥石流冲击力峰值为287.80 kN;当泥石流体积为30 m3时,泥石流冲击力第1个峰值陡增至681.71 kN,且第2个峰值(261.07 kN)仍具显著破坏性;当泥石流体积为15~30 m3时,泥石流冲击力峰值与泥石流体积之间的关系呈现指数函数关系;根据这一关系,泥石流体积从20 m3增长到25 m3时,泥石流冲击力峰值增大幅度仅为52.4%,但是泥石流体积从25 m3增长到30 m3时,泥石流冲击力峰值增大幅度高达116.5%;泥石流冲击力峰值突变对应的泥石流体积阈值为27 m3。(2)在泥石流体积为15 m3工况下,当边坡坡度增大至15°时,泥石流冲击力时程曲线呈现显著双峰特征,峰值分别为442.54和398.29 kN(两者相差小于10%),导致刚性防护结构反复受力的风险增加。 展开更多
关键词 泥石流 刚性防护结构 移动粒子半隐式方法 宾汉姆流变模型 流固耦合 冲击荷载 黄河
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集装箱船线性波激振动特性的模型试验和数值仿真研究
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作者 屈毫拓 陆晔 +4 位作者 倪歆韵 汤明刚 郑坤 魏子阳 田超 《船舶力学》 北大核心 2025年第8期1201-1210,共10页
波激振动和颤振对集装箱船的结构强度和疲劳寿命具有不可忽视的影响,一直是研究者关注的重点和焦点,其中线性波激振动是更为独特的流固耦合现象。本文以一艘20000 TEU集装箱船1∶49的缩比模型为研究对象,采用模型试验和数值计算相结合... 波激振动和颤振对集装箱船的结构强度和疲劳寿命具有不可忽视的影响,一直是研究者关注的重点和焦点,其中线性波激振动是更为独特的流固耦合现象。本文以一艘20000 TEU集装箱船1∶49的缩比模型为研究对象,采用模型试验和数值计算相结合的方法,对其在波浪中发生线性波激振动状态下的运动和结构响应进行研究。在波浪水池中测得模型的运动和剖面弯矩,通过计及流体黏性的CFD和结构动力学(CSD)双向耦合来实现数值计算,将计算结果与试验数据进行对比,验证了该耦合方法的有效性。对线性波激振动状态下的船体运动和结构响应进行分析,发现波激振动对船舶运动的影响不大,但会显著增强结构剖面载荷,弹性共振会导致结构响应集中表现为两节点振动。基于刚体获得的结构剖面载荷远小于试验和弹性体的结果,因此在船舶强度和疲劳性能评估中,需要考虑船体与周围流场的动态弹性耦合现象。 展开更多
关键词 流固耦合 集装箱船 模型试验 船舶水弹性 线性波激振动
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正方形管束结构流致振动数值研究
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作者 孙军帅 孙汝雷 +2 位作者 乔鹏瑞 谭思超 田瑞峰 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第5期1044-1054,共11页
核电站蒸汽发生器管束结构在长期流体冲刷作用下容易发生破损失效,威胁反应堆系统的安全运行。为了研究管束结构流致振动行为,准确预测发生流体弹性失稳的临界流速,明确各流致振动机理转换机制,进而为蒸汽发生器管束结构的设计优化工作... 核电站蒸汽发生器管束结构在长期流体冲刷作用下容易发生破损失效,威胁反应堆系统的安全运行。为了研究管束结构流致振动行为,准确预测发生流体弹性失稳的临界流速,明确各流致振动机理转换机制,进而为蒸汽发生器管束结构的设计优化工作提供数据支撑。本文以正方形管束结构为研究对象,基于大涡模拟方法,采用自定义函数二次开发的方式,结合局部动网格变形技术,建立了管束结构流固耦合计算模型。基于建立的精细化管束结构流固耦合计算模型,对仅中心管为弹性管的正方形管束结构开展流致振动计算,并与实验结果进行对比,计算得到的流向和横向振幅以及临界流速与实验值吻合较好。结合振动频谱响应、振动振幅和最大Lyapunov指数,对流向和横向振动的流致振动主导机理以及机理转变机制进行了分析研究。结果表明:建立的流固耦合计算模型可以准确预测正方形管束结构发生流弹失稳的临界流速以及流致振动行为,对各主导机理进行较好分辨。 展开更多
关键词 管束结构 精细化建模 流固耦合 流弹失稳 临界流速 最大LYAPUNOV指数
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一种高效高精度小样本的流固耦合代理模型
8
作者 钱志浩 丁陈森 +4 位作者 许灵辰 郭朝阳 喻月 罗词金 刘谋斌 《力学学报》 北大核心 2025年第4期803-815,共13页
针对传统流固耦合数值模拟计算效率低、建模成本高的技术瓶颈,本研究使用了一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)与高斯过程回归(Gaussian process,GP)的数据驱动降阶模型(reduced order model,ROM)实现了流固耦... 针对传统流固耦合数值模拟计算效率低、建模成本高的技术瓶颈,本研究使用了一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)与高斯过程回归(Gaussian process,GP)的数据驱动降阶模型(reduced order model,ROM)实现了流固耦合问题的代理仿真.通过融合无网格粒子法对流固耦合问题的仿真结果,构建了高保真流场数据集,重点实现了高维流场特征提取与多物理场耦合响应预测两大关键问题,建立了流固耦合ROM.该模型基于POD方法建立流场本征模态空间,实现数百万维流场数据的低维特征表达(维度约简率可达99.8%),并结合GP非参数化建模框架,在仅数十个训练样本的条件下即实现了高精度预测.数值实验表明:在内插情况,模型对流场的平均预测误差在2%左右;当参数外推范围达5%时,最大相对误差仍保持在4.7%以内;即便在参数外推20%的严苛工况下,模型仍能保持定性可靠.效率测试表明:本ROM的计算耗时仅为传统SPH方法的10%左右.该方法可成功应用于:(1)不同密度比工况下的结构沉没过程动力学预测,其流固耦合核心特征捕捉误差在5%左右;(2)水下运动体尾迹场重构,表面波高预测与仿真结果的平均误差约为2%.研究成果为海洋流固耦合问题的分析提供了高效计算工具. 展开更多
关键词 流固耦合 降阶模型 代理模型 高斯过程 本征正交分解
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流体与大变形弹性结构物相互作用MPS-BPM耦合模型研究
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作者 郝婕 王丽珠 +1 位作者 蒋勤 朱刘杰 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1325-1335,共11页
针对流体与大变形弹性结构物相互作用中流-固界面复杂、大自由液面变形和强非线性运动的特点,采用改进的移动粒子半隐式法(MPS)模拟不可压缩流体运动,引入改进的黏结粒子模型(BPM)计算弹性结构体的变形运动,构建了一种新的基于纯拉格朗... 针对流体与大变形弹性结构物相互作用中流-固界面复杂、大自由液面变形和强非线性运动的特点,采用改进的移动粒子半隐式法(MPS)模拟不可压缩流体运动,引入改进的黏结粒子模型(BPM)计算弹性结构体的变形运动,构建了一种新的基于纯拉格朗日法的MPS-BPM无网格粒子法流-固耦合数值模型.该模型基于压强梯度力量化弹性结构物粒子所受到的周围流体作用;通过建立流体粒子和弹性结构物粒子的压力泊松方程,对流体域和结构域进行统一的数值离散求解,实现弹性结构体对周围流体的反馈作用;利用背景网格法削弱流-固交界面处的数值压力振荡与自由液面的数值波动,增强模型的计算精度和稳定性.首先,通过对弹性悬臂梁在初始瞬时速度条件下的运动模拟,验证改进的BPM法对模拟弹性体大变形运动问题的可靠性.然后,通过对弹性闸门溃坝水流运动与闸门变形、溃坝水流对弹性结构物冲击作用的模拟,分析MPS-BPM流-固耦合模型在模拟复杂的流-固相互作用问题中的适用性.计算结果表明:基于MPS-BPM耦合模型得到的流体速度场和压强场变化合理、弹性结构体内部应力分布平滑且流-固交界面处未出现非物理间隙,该耦合模型能够很好地再现流-固相互作用的运动过程. 展开更多
关键词 流-固耦合数值模拟 移动粒子半隐式法 黏结粒子模型 弹性结构变形 界面耦合
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深海钛合金耐压结构水下内爆流固耦合动态响应机理研究
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作者 郑建才 贺宇培 +1 位作者 赵敏 夏㛃 《海洋工程》 北大核心 2025年第2期54-67,共14页
深海钛合金耐压结构外表面承受高压静水载荷,当结构出现损伤失效时,可能会产生一种持续时间极短,冲击波峰值极大的水下内爆现象。基于任意拉格朗日欧拉方法结合Johnson-Cook本构和失效模型,对深海钛合金耐压结构的内爆流固耦合过程及毁... 深海钛合金耐压结构外表面承受高压静水载荷,当结构出现损伤失效时,可能会产生一种持续时间极短,冲击波峰值极大的水下内爆现象。基于任意拉格朗日欧拉方法结合Johnson-Cook本构和失效模型,对深海钛合金耐压结构的内爆流固耦合过程及毁伤特性开展研究。首先对比了水下内爆试验中的冲击波载荷及结构坍塌形态,验证数值方法的准确性。然后分析了钛合金球形耐压壳内爆时的流固耦合机制、结构动态响应及能量演化机理,探究超大深度载荷下钛合金球形耐压壳由于极限强度失效而破坏的物理机制。结果表明:钛合金球形耐压壳内爆后完全破坏成大碎块和小碎片;相同距离处的冲击波峰值随静水压力的增大而线性增大,但增长率随距离的增大而递减。 展开更多
关键词 钛合金耐压结构 水下内爆 流固耦合 Johnson-Cook本构和失效模型
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压气机叶片-轮盘的低周疲劳寿命可靠性设计优化
11
作者 李金星 李国嘉 +1 位作者 唐勃 谢永慧 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第7期2670-2679,I0018,共11页
为保障多源不确定性因素下燃气轮机压气机的疲劳可靠性,该文建立压气机叶片-轮盘可靠性优化设计框架;针对多源不确定性的问题,提出两阶段主动学习Kriging模型和解耦法相融合的可靠性设计优化方法,该方法在优化迭代过程中自适应加点构建... 为保障多源不确定性因素下燃气轮机压气机的疲劳可靠性,该文建立压气机叶片-轮盘可靠性优化设计框架;针对多源不确定性的问题,提出两阶段主动学习Kriging模型和解耦法相融合的可靠性设计优化方法,该方法在优化迭代过程中自适应加点构建高精度代理模型,同时分两阶段进行可靠性优化,在保证精度的前提下有效提高可靠性优化效率;同时,提出一种改良约束边界双点采样(improved constrained boundary double-point sampling,ICBS-DP)的主动学习策略,通过设计驱动的局部建模策略和双加点方法进一步降低了计算成本;通过短柱可靠性优化数值算例验证该方法的优越性;开展压气机叶片叶根-轮盘轮槽的低周疲劳寿命可靠性设计优化,计算结果表明,通过所提方法显著提高了燃气轮机压气机叶片-轮盘的低周疲劳寿命均值和可靠性。 展开更多
关键词 压气机 叶片轮盘 流固耦合 低周疲劳 KRIGING模型 可靠性分析 设计优化
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不同库水模型对面板堆石坝动力特性和地震响应的影响
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作者 刘远财 张水锋 张毅飞 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期115-123,共9页
面板堆石坝目前已成为水利工程中的主要坝型之一,研究不同库水模型对其动力特性和地震响应的影响具有重要的实际意义。以某混凝土面板堆石坝为例,主要探讨了不同库水模型对面板堆石坝自振特性的影响,并对库水可压缩性、不同库水位对面... 面板堆石坝目前已成为水利工程中的主要坝型之一,研究不同库水模型对其动力特性和地震响应的影响具有重要的实际意义。以某混凝土面板堆石坝为例,主要探讨了不同库水模型对面板堆石坝自振特性的影响,并对库水可压缩性、不同库水位对面板堆石坝动水压力分布规律及动力响应的影响进行了分析。结果表明:坝体蓄水后堆石料的弹性模量增大,使面板堆石坝满库时的基频高于空库时的基频;与不考虑动水压力相比,考虑动水压力作用会降低坝体基频,但总体上不同库水模型对面板堆石坝基频的影响并不显著;库水可压缩性对面板堆石坝的动力特性和地震响应的影响不显著;当水位较高时,不考虑动水压力计算出的坝体动力响应会产生较大误差,且随着库水位的升高,动水压力对面板堆石坝动力响应的影响越来越明显。 展开更多
关键词 面板堆石坝 动水压力 动力响应 流固耦合 库水模型
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建立基于浸入边界有限元法的三维静脉瓣流固耦合数值模型 被引量:4
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作者 汪波 韩阳 齐楠 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期40-45,共6页
目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和... 目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和超弹性力学响应,构建静脉血管和静脉瓣膜的三维数值模型。结果 研究结果可视化地展示静脉动态运输血液的过程以及静脉瓣膜防止反流的功能机制,再现静脉内瓣膜运动和血液流动的周期性特点,讨论和量化了整个心动周期内的重要生理数据,包括静脉内血液的压力、流速和流量以及静脉瓣膜的开口面积、静脉瓣膜表面的应力和应变分布等。结论 三维流固耦合模型可数值再现静脉内生理动态过程,为进一步揭示静脉疾病相关机制提供重要的参考和指导意义。 展开更多
关键词 流固耦合 静脉瓣膜 浸入边界法 有限元分析 三维模型
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复合载荷作用下H型垂直轴风力机叶片结构多目标优化 被引量:1
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作者 周兴明 周井玲 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期153-159,145,共8页
为改善气动力、离心力和重力等复合载荷作用下的H型垂直轴风力机叶片的结构性能,提出一种多目标优化方法。以质量和最大应力最小为目标,最大变形为约束建立优化模型。通过流固耦合(Fluid-Structure-Interaction,FSI)方法,实现叶片表面... 为改善气动力、离心力和重力等复合载荷作用下的H型垂直轴风力机叶片的结构性能,提出一种多目标优化方法。以质量和最大应力最小为目标,最大变形为约束建立优化模型。通过流固耦合(Fluid-Structure-Interaction,FSI)方法,实现叶片表面压力的实时准确提取,建立复合载荷作用下的叶片有限元模型;基于最优空间填充(Optimal Space-Filling,OSF)方法和Kriging模型建立各变量对应力、质量和变形的响应面模型,进行灵敏度和变化趋势分析;最后采用多目标遗传算法(Multi-Objective Genetic Algorithm,MOGA)获得各变量的最优解,并进行结果验证。结果表明,优化后叶片质量减少了14.7%,各方位角下的最大应力减幅最大为7.8%,最大变形减幅最大为16.7%。研究结果可为复合载荷作用下叶片的结构优化设计提供参考。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 叶片 流固耦合 KRIGING模型 多目标遗传算法
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台风风速下风力机风轮流固耦合动力响应特性研究
15
作者 张锐星 安利强 +1 位作者 何仑 张颖 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期465-474,共10页
将改进的流固耦合方法用于不同风速下风力机的载荷和响应特性研究,其准确性得到NREL数据和风力机叶片模态振动实验的验证。与传统的流固耦合方法相比,该方法减少了动网格使用数量、避免负体积网格,提高了计算稳定性,将计算时间缩短约50... 将改进的流固耦合方法用于不同风速下风力机的载荷和响应特性研究,其准确性得到NREL数据和风力机叶片模态振动实验的验证。与传统的流固耦合方法相比,该方法减少了动网格使用数量、避免负体积网格,提高了计算稳定性,将计算时间缩短约50%。仿真结果表明,将风速由25 m/s提升至35 m/s,叶片的推力和扭矩载荷的波动振幅分别增加了6.8倍和9.8倍。同时,在叶片吸力面发现存在结构屈曲,这与台风现场叶片断裂位置接近,可能是风力机叶片结构在台风环境下的强度薄弱点,同时,在叶片吸力面发现存在结构屈曲,这与台风现场叶片断裂位置接近,是可能的风力机叶片结构在台风环境下的强度薄弱点。 展开更多
关键词 风力机叶片 台风环境 振动环境 流固耦合 数值模拟 叶片强度
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盘缝带伞附加质量计算方法研究
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作者 姜添 戈嗣诚 王一行 《中国空间科学技术(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第4期161-172,共12页
传统的降落伞附加质量研究方法是基于理想伞衣形状假设,总结经验公式和附加质量系数,并未开展附加质量具体确定方法的相关研究。对此,建立了盘缝带伞流固耦合仿真与附加质量计算的联合仿真方案,提出了一种三维伞衣重构策略以及针对复杂... 传统的降落伞附加质量研究方法是基于理想伞衣形状假设,总结经验公式和附加质量系数,并未开展附加质量具体确定方法的相关研究。对此,建立了盘缝带伞流固耦合仿真与附加质量计算的联合仿真方案,提出了一种三维伞衣重构策略以及针对复杂构型的附加质量数值计算方法。分析了充气阶段盘缝带伞附加质量的构成要素,认为在0~0.6无因次充气时间内,单独盘部分的附加质量与整伞基本相等,且符合传统经验公式的数学模型;在0.6无因次充气时间之后,提出了一种有缝杯体模型,该模型在相应时间内对降落伞附加质量的拟合效果良好;研究了有缝杯体模型的开缝结构和高度半径比与附加质量的相关性,并提出了一种盘缝带伞附加质量修正经验公式,该公式有助于提升超声速降落伞充气阶段动力学仿真的计算精度。研究成果可为盘缝带伞充气过程的高精度建模与分析提供支持与参考。 展开更多
关键词 附加质量 伞衣重构 盘缝带伞 流固耦合 有缝杯体模型
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分布式电推进飞机复材机翼气动弹性分析及剪裁方法研究
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作者 孙录斌 杨佑绪 +2 位作者 张兴翠 吴逸飞 王斌 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1072-1080,共9页
分布式电推进飞机通常采用大展弦比复合材料机翼,但随着动力数量的增加,螺旋桨滑流效应对机翼的气动干扰使大展弦比机翼的变形进一步加剧,难以使用刚体机翼精确评估柔性机翼的气动性能。为高保真计算DEP飞机机翼的气动性能参数,基于CFD/... 分布式电推进飞机通常采用大展弦比复合材料机翼,但随着动力数量的增加,螺旋桨滑流效应对机翼的气动干扰使大展弦比机翼的变形进一步加剧,难以使用刚体机翼精确评估柔性机翼的气动性能。为高保真计算DEP飞机机翼的气动性能参数,基于CFD/CSD双向流固耦合和螺旋桨滑流效应,分别对X-57单机翼、翼尖螺旋桨/机翼耦合(巡航状态)、分布式螺旋桨/机翼耦合(高升力状态)进行静气动弹性计算,在不同攻角下,分析柔性机翼静气弹变形对气动性能的影响。最后引入嵌套遗传算法的BP神经网络代理模型,对机翼蒙皮铺层角进行优化。研究结果表明,螺旋桨滑流增加了机翼上下表面压力差从而增大机翼的升力系数,且在低马赫数大攻角下升力系数增量更为明显;柔性机翼的气动性能与刚体机翼有较大差异,螺旋桨滑流使刚体机翼升力系数最大提高了38.72%,使柔性机翼升力系数提高了23.51%;复合材料铺层角度对机翼升阻比有显著影响,可通过优化铺层角提升机翼纵向刚度特性提高机翼升阻比。为一般螺旋桨飞机柔性机翼的气动性能评估及气动弹性剪裁提供了一种兼顾时效性与准确性的计算方法。 展开更多
关键词 分布式电推进 螺旋桨滑流 双向流固耦合 气动弹性剪裁 遗传算法 BP神经网络 代理模型
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基于传递矩阵的管路-壳体耦合系统动力学建模
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作者 张啸涵 黄修长 +1 位作者 曾庆娜 杨咏 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第5期21-26,共6页
针对管路-支撑-壳体耦合系统的振动响应快速预报和传递特性分析,采用Riccati传递矩阵法建立直管-弯管-变径管-泵-阀门复杂组合管路的动力学模型,以获取考虑流固耦合效应时组合管路的频响特性;采用频响函数子结构综合方法建立组合管路-支... 针对管路-支撑-壳体耦合系统的振动响应快速预报和传递特性分析,采用Riccati传递矩阵法建立直管-弯管-变径管-泵-阀门复杂组合管路的动力学模型,以获取考虑流固耦合效应时组合管路的频响特性;采用频响函数子结构综合方法建立组合管路-支撑-壳体耦合系统的动力学模型,以获得在管路系统泵源模拟激励下的振动传递特性。对耦合系统的位移频响、传递特性开展分析,得到如下结论:对组合管路利用Riccati变换可解决传递矩阵法多管段数值精度累积误差的问题,在垂向简谐力激励下壳体和管路受到的垂向力大于轴向力和横向力,在各个支撑处通过各个方向传递的功率流量级基本一致。 展开更多
关键词 振动与波 组合管路 流固耦合 Riccati传递矩阵法 频响函数综合 建模与优化
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非牛顿流固耦合问题的半隐式分区ALE有限元-间断有限元耦合算法研究
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作者 高普阳 胡小林 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期450-458,共9页
针对非牛顿流固耦合问题,提出了任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)框架下的半隐式分区有限元-间断有限元耦合算法。其数学模型主要包括非牛顿流体和固体结构的控制方程,以及流体-固体交界面上的边界条件。固体结构... 针对非牛顿流固耦合问题,提出了任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)框架下的半隐式分区有限元-间断有限元耦合算法。其数学模型主要包括非牛顿流体和固体结构的控制方程,以及流体-固体交界面上的边界条件。固体结构由弹性材料组成,非牛顿流体由幂律型本构模型描述。用分裂格式对非牛顿流体控制方程进行解耦,得到若干子方程;通过有限元、间断有限元方法求解对应恰当类型的子方程。用中心差分及标准有限元方法分别对固体结构弹性动力学方程进行时间和空间离散;用修正的Laplace移动网格方法处理固体结构的形变及流体区域网格的变化过程。最后用数值算法研究了带有圆弧顶端梯形结构体的非牛顿流固耦合问题,并详细分析了结构体高度、入口速度及流体特性等因素对流固耦合问题的影响及机理。 展开更多
关键词 流固耦合 非牛顿流体 幂律模型 半隐式 有限元
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EB胶印机中心压印滚筒动力学特性研究
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作者 郝蕊 侯和平 +2 位作者 芮童童 刘善慧 雷晓飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第10期1696-1706,共11页
EB胶印技术是从根源上解决包装印刷业中污染问题的绿色印刷方式,中心滚筒是卫星式EB胶印机核心部件之一,为整机振动的主要来源,其动态特性直接影响着印品质量及生产效率。因此本文以卫星式EB胶印机中心滚筒为研究对象进行了动力学特性研... EB胶印技术是从根源上解决包装印刷业中污染问题的绿色印刷方式,中心滚筒是卫星式EB胶印机核心部件之一,为整机振动的主要来源,其动态特性直接影响着印品质量及生产效率。因此本文以卫星式EB胶印机中心滚筒为研究对象进行了动力学特性研究:首先建立中心压印滚筒的轴承-转子系统动力学微分方程;其次,研究不同参数对转子系统振动特性以及稳定性的影响规律;最后,研究中心滚筒内外壁之间的循环冷却水对滚筒结构造成的影响。其研究结果为EB胶印机中心滚筒的故障诊断、结构优化及稳定性分析提供了理论依据。 展开更多
关键词 中心压印滚筒 动力学建模 数值解析方法 流固耦合仿真 模态参数
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