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Vibration analysis of fluid- structure interaction in water hammer based on transfer matrix method 被引量:1
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作者 GAO Hui TANG Xuelin 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期518-524,共7页
In consideration of the problem that the effect of conduit structure on water hammer has been ignored in the classical theory,the Poisson coupling between the fluid and the pipeline was studied and a fourteen-equation... In consideration of the problem that the effect of conduit structure on water hammer has been ignored in the classical theory,the Poisson coupling between the fluid and the pipeline was studied and a fourteen-equation mathematical model of fluid-structure interaction(FSI)was developed.Then,the transfer matrix method(TMM)was used to calculate the modal frequency,modal shape and frequency response.The results were compared with that in experiment to verify the correctness of the TMM and the results show that the fluid-structure coupling has a greater impact on the modal frequencies than the modal shape.Finally,the influence on the response spectrum of different damping ratios was studied and the results show that the natural frequency under different damping ratios has changed little but there is a big difference for the pressure spectrum.With the decreasing of damping ratio,the damping of the system on frequency spectrum is more and more significant and the dispersion and dissipation is more and more apparent.Therefore the appropriate damping ratio should be selected to minimize the effects of the vibration of the FSI.The results provide references for the theory research of FSI in the transient process. 展开更多
关键词 water hammer fluid-structure interaction transfer matrix method vibration analysis
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基于FSI系统的(u_i,p)格式大型渡槽动力分析 被引量:3
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作者 张多新 王清云 刘东常 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2009年第2期41-44,47,共5页
槽体固体以位移为基本未知量,槽内水体以流场压力p为基本未知量,用能量变分原理推导了流固耦合(FSI)系流有限元分析的(ui,p)格式,给出流固耦合系统的动力特性方程,并基于FSI系统的(ui,p)格式建立渡槽槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力... 槽体固体以位移为基本未知量,槽内水体以流场压力p为基本未知量,用能量变分原理推导了流固耦合(FSI)系流有限元分析的(ui,p)格式,给出流固耦合系统的动力特性方程,并基于FSI系统的(ui,p)格式建立渡槽槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了渡槽的动力特性,并用隐式-显式积分算法计算了强震作用下大型渡槽的动力响应。计算结果表明,基于(ui,p)格式的流固耦合系统有限元分析的格式,考虑到槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度,同时也得出不同过水量下槽体结构动力特性和动力响应的变化规律等结论。 展开更多
关键词 fluid-solid interaction(fsi) 渡槽 动力分析
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核岛结构PCS水箱FSI效应简化方法研究 被引量:5
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作者 李小军 宋辰宁 +1 位作者 周国良 魏超 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期6-12,32,共8页
高置冷却水箱是核电厂非能动安全壳冷却系统(PCS)的重要组成部分,在进行动力分析时,必须考虑冷却水与屏蔽厂房之间的流固耦合(FSI)效应。由于FSI效应问题复杂,数值分析耗时较长,因此,在研究核岛结构动力分析时,有必要采用简化方法,在满... 高置冷却水箱是核电厂非能动安全壳冷却系统(PCS)的重要组成部分,在进行动力分析时,必须考虑冷却水与屏蔽厂房之间的流固耦合(FSI)效应。由于FSI效应问题复杂,数值分析耗时较长,因此,在研究核岛结构动力分析时,有必要采用简化方法,在满足计算精度要求的前提下,提高计算效率。基于Housner模型,提出一种考虑液体-水箱相互作用的简化模型。采用ADINA软件分别进行水箱FSI模型和简化模型的核岛结构三向地震反应分析,分析了FSI模型和简化模型结构反应的峰值加速度、楼层反应谱和有效应力相对误差。结果表明:提出的水箱简化模型可用于高置冷却水箱核岛结构三向地震反应分析,能够很好地模拟FSI效应。 展开更多
关键词 核岛结构 流固耦合(fsi) 简化方法 地震反应
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基于FSI的尾轴倾角对水润滑轴承润滑特性的影响 被引量:3
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作者 郑福明 陈汝刚 张红岩 《中国舰船研究》 2012年第3期84-88,共5页
应用流固耦合方法,在考虑水润滑尾轴承内部结构和内部流场相互作用的情况下,研究尾轴倾角对轴承水润滑特性的影响,探讨轴承、尾轴与水膜间的流固耦合问题。应用ADINA有限元软件,建立尾轴承流固耦合模型,求解尾轴承水膜压力分布,以及轴... 应用流固耦合方法,在考虑水润滑尾轴承内部结构和内部流场相互作用的情况下,研究尾轴倾角对轴承水润滑特性的影响,探讨轴承、尾轴与水膜间的流固耦合问题。应用ADINA有限元软件,建立尾轴承流固耦合模型,求解尾轴承水膜压力分布,以及轴承的压力分布、径向变形和有效应力,分析尾轴倾角对尾轴承润滑特性的影响规律。结果表明:当计入尾轴倾角时,尾轴承最大水膜压力出现在轴承尾端,倾角越大,最大水膜压力也越大,且随着尾轴倾角的增大,水膜压力以及轴承的压力、径向变形和有效应力也逐渐增大。 展开更多
关键词 流固耦合 尾轴倾角 水润滑轴承 有限元分析
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一种基于流固耦合并考虑主动脉残余应力与超弹性的血压预测方法
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作者 张跃凡 郭宝磊 +2 位作者 孙翠茹 戴向晨 刘浩飞 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期49-57,共9页
目的 考虑主动脉壁超弹性和残余应力,提出一种基于血管顺应性预测主动脉血压的数值模拟方法。方法 基于闭合张开角的三维残余应力求解方法和超弹性本构理论,实现理想化双层厚壁主动脉模型压力-半径关系的解析求解。计算血管顺应性,并将... 目的 考虑主动脉壁超弹性和残余应力,提出一种基于血管顺应性预测主动脉血压的数值模拟方法。方法 基于闭合张开角的三维残余应力求解方法和超弹性本构理论,实现理想化双层厚壁主动脉模型压力-半径关系的解析求解。计算血管顺应性,并将压力-半径关系施加于流体域的移动壁面边界进行数值模拟计算,获得血管顺应性与脉压的关系。对比有无残余应力、是否考虑血管超弹性以及不同年龄对血管顺应性和主动脉血压的影响。考虑覆膜支架的作用:将支架区域视为刚性壁,模拟不同支架数量、支架释放位置对主动脉血压的影响。结果 考虑残余应力的血管顺应性高于无残余应力;相应的,考虑残余应力时主动脉脉压略低于无残余应力的情况。与超弹性模型相比,线弹性模型的主动脉脉压预测值偏大。不同年龄人群的血管顺应性表现为40~49岁>60~69岁>70岁以上;相应的,主动脉脉压表现为40~49岁<60~69岁<70岁以上。当植入长度为60 mm的覆膜支架时,随着支架数量增加,主动脉脉压持续增高,即支架植入范围越广,脉压越高。支架植入位置越靠近近心端,脉压越高。结论 提出的数值方法可正确预测主动脉血压,能够为主动脉支架设计和手术方案优化提供理论和技术支撑。 展开更多
关键词 计算流体动力学 流固耦合 移动边界 残余应力 顺应性
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Comparative study on the oblique water-entry of high-speed projectile based on rigid-body and elastic-plastic body model 被引量:1
6
作者 Xiangyan Liu Xiaowei Cai +3 位作者 Zhengui Huang Yu Hou Jian Qin Zhihua Chen 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第4期133-155,共23页
To examine the similarities and differences in the evolution of cavity,wetting and dynamics of a highspeed,oblique water-entry projectile with different positive angles of attack,a comparative analysis has been conduc... To examine the similarities and differences in the evolution of cavity,wetting and dynamics of a highspeed,oblique water-entry projectile with different positive angles of attack,a comparative analysis has been conducted based on the numerical results of two mathematical models,the rigid-body model and fluid-structure interaction model.In addition,the applicable scope of the above two methods,and the structural response characteristics of the projectile have also been investigated.Our results demonstrate that:(1) The impact loads and angular motion of the projectile of the rigid-body method are more likely to exhibit periodic variations due to the periodic tail slap,its range of positive angles of attack is about α<2°.(2) When the projectile undergone significant wetting,a strong coupling effect is observed among wetting,structural deformation,and projectile motion.With the applied projectile shape,it is observed that,when the projectile bends,the final wetting position is that of Part B(cylinder of body).With the occu rrence of this phenomenon,the projectile ballistics beco me completely unstable.(3) The force exerted on the lower surface of the projectile induced by wetting is the primary reason of the destabilization of the projectile traj ectory and structu ral deformation failure.Bending deformation is most likely to appear at the junction of Part C(cone of body) and Part D(tail).The safe angles of attack of the projectile stability are found to be about α≤2°. 展开更多
关键词 fluid-structure interaction Rigid-body model Elastic-plastic model Structural deformation Impact loads Structural safety of projectile
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泵阀一体式组合结构的设计与实验研究 被引量:1
7
作者 周先军 薛阳帆 +2 位作者 李龙 于富豪 韩东岳 《机电工程》 北大核心 2025年第4期706-713,共8页
针对高层居民热水管道流量不足,以及泵阀可控性差等问题,对泵阀一体式组合结构进行了研究,提出了一种一体式泵阀结构,设计并建立了流道和传动结构的三维模型,采用数值模拟和实验的方法,研究了阀体参数对一体式泵阀性能的影响。首先,在... 针对高层居民热水管道流量不足,以及泵阀可控性差等问题,对泵阀一体式组合结构进行了研究,提出了一种一体式泵阀结构,设计并建立了流道和传动结构的三维模型,采用数值模拟和实验的方法,研究了阀体参数对一体式泵阀性能的影响。首先,在阀体内部引入旋转叶轮,建立了阀体与叶轮的三维模型,并设计了特殊传动结构,完成了对阀芯开启和叶轮旋转的控制;然后,采用Fluent软件,建立了流体域模型,运用多重参考系(MRF)模型研究了叶轮主动旋转过程中对阀体内部流动的影响情况,同时,结合动网格技术和流固耦合(FSI),对阀门启闭过程进行了瞬态有限元分析;然后,采用单因素分析和响应曲面设计(RSM)方法对叶轮参数进行了优化;最后,运用3D光固化技术打印出了非标零部件,并搭建了试验平台进行了试验,对仿真结果的准确性进行了验证。研究结果表明:随着叶轮转速的不断增加,流量与转速基本呈现出线性关系,效率随着转速的增加先上升后趋于稳定,旋转叶轮的最优参数组合为叶片数6片,进口安放角55°,翼展10 mm,弦长14 mm,且试验测得的出口流量与数值模拟结果基本一致,最大误差在10%以内,有效验证了仿真结果的准确性。该结果证明,一体式泵阀结构是可行的。 展开更多
关键词 泵阀组合结构 旋转叶轮 流场分析 多重参考系 响应曲面设计 流固耦合
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窦部结构对静脉瓣膜血流动力学功能影响的数值仿真研究
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作者 李杰 黎健明 +2 位作者 王志红 党一平 王盛章 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期34-40,共7页
目的构建包含静脉窦以及不包含静脉窦的两种不同结构的静脉模型,利用流固耦合仿真研究静脉窦结构对于下肢静脉系统血液流动的影响,分析静脉窦结构在静脉瓣开闭过程中的作用。方法基于超声图像和动物解剖图像,使用建模软件建立两种不同... 目的构建包含静脉窦以及不包含静脉窦的两种不同结构的静脉模型,利用流固耦合仿真研究静脉窦结构对于下肢静脉系统血液流动的影响,分析静脉窦结构在静脉瓣开闭过程中的作用。方法基于超声图像和动物解剖图像,使用建模软件建立两种不同结构的静脉系统三维几何模型,通过浸没边界法完成静脉瓣膜的流固耦合仿真,以获取瓣膜形态变化和流线分布、壁面剪切力分布、Q准则强度分布等血流动力学参数。结果带窦模型的瓣膜几何开口面积大于无窦模型。血液流线的分布证明了窦区涡流与血管内螺旋流的存在。同端的静脉瓣对上呈现不对称的壁面剪切力分布,带窦模型静脉瓣背面的高壁面剪切力区域和远、近心端瓣膜间的Q准则强度均小于无窦模型。结论静脉窦结构有助于静脉瓣膜的打开,对螺旋流动有一定的削弱作用,但螺旋流动模式有利于静脉窦区涡流的产生。静脉窦对静脉系统中的血流动力学有着重要影响,在静脉瓣的研究中应将静脉窦结构作为不可或缺的部分。 展开更多
关键词 静脉 正交静脉瓣膜 静脉窦 流固耦合仿真 血流动力学
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Design and experiment of an automated honey-harvesting robot
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作者 ZHANG Di WANG Chunying +2 位作者 YANG Mingguo SUN Zixuan LIU Ping 《智能化农业装备学报(中英文)》 2025年第2期24-34,共11页
The conventional honey production is dominated by fragmented,small-scale individual farming models.The traditional approach of honey-harvesting involving manual beehive frames extraction,beeswax layer excision and cen... The conventional honey production is dominated by fragmented,small-scale individual farming models.The traditional approach of honey-harvesting involving manual beehive frames extraction,beeswax layer excision and centrifugal honey separation,expose beekeepers to potential bee stings and frequently compromise honeycomb integrity.To address these limitations,we designed an automated honey-harvesting robot capable of autonomous frame extraction and beeswax removal.The robot mainly consists of a mobile mechanism equipped with image recognition for beehive localization,a magnetic adsorption-based beehive frame handling device(60.8 N maximum suction)coupled with a cross-slide mechanism for precise frame manipulation,and a thermal beeswax layer-melting apparatus,with optimal melting parameters(15 m/s airflow at 90℃ for 30 seconds)determined through rigorous thermal flow simulations utilizing FLUENT/Mechanical software.Field experiments demonstrated beehive frames handling success rate exceeding 85%,beeswax layer removal efficacy over 80% and damage of honeycombs below 30%.The experiment results validate the robot's operational reliability and its capacity to automate critical harvesting procedures.This study significantly reduces the labor intensity for beekeepers,effectively eliminates the risk of direct human-bee contact and improves the removal of beeswax layer,thereby catalyzing the modernization of the beekeeping industry. 展开更多
关键词 honey-harvesting AUTOMATED beeswax layer-melting fluid-structure interaction parameter optimization
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Surface-covering water significantly amplifies the explosion impulse of shallow buried explosives
10
作者 Zhenyu Zhao Wenbo Gao +6 位作者 Jianwei Ren Zihan Lan Zhiyang Zhang Huiyao Gao Chao He Changye Ni Tianjian Lu 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第6期156-172,共17页
While the moisture content of soil affects significantly the blast impulse of shallow buried explosives,the role of surface-covering water(SCW)on soil in such blast impulse remains elusive.A combined experimental and ... While the moisture content of soil affects significantly the blast impulse of shallow buried explosives,the role of surface-covering water(SCW)on soil in such blast impulse remains elusive.A combined experimental and numerical study has been carried out to characterize the effect of SCW on transferred impulse and loading magnitude of shallow buried explosives.Firstly,blast tests of shallow buried explosives were conducted,with and without the SCW,to quantitatively assess the blast loading impulse.Subsequently,finite element(FE)simulations were performed and validated against experimental measurement,with good agreement achieved.The validated FE model was then employed to predict the dynamic response of a fully-clamped metallic circular target,subjected to the explosive impact of shallow buried explosives with SCW,and explore the corresponding physical mechanisms.It was demonstrated that shallow buried explosives in saturated soil generate a greater impulse transferred towards the target relative to those in dry soil.The deformation displacement of the target plate is doubled.Increasing the height of SCW results in enhanced center peak deflection of the loaded target,accompanied by subsequent fall,due to the variation of deformation pattern of the loaded target from concentrated load to uniform load.Meanwhile,the presence of SCW increases the blast impulse transferred towards the target by three times.In addition,there exists a threshold value of the burial depth that maximizes the impact impulse.This threshold exhibits a strong sensitivity to SCW height,decreasing with increasing SCW height.An empirical formula for predicting threshold has been provided.Similar conclusions can be drawn for different explosive masses.The results provide technical guidance on blast loading intensity and its spatial distribution considering shallow buried explosives in coast-land battlefields,which can ultimately contribute to better protective designs. 展开更多
关键词 Shallow buried explosives fluid-structure interaction Surface-covering water Impulse distribution
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基于FSI的4-方程模型的改进分析 被引量:2
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作者 陈婷 苏志敏 +1 位作者 朱建兵 李明梅 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期565-569,733,共5页
传统水击理论所用的连续方程未能反映水击发生时管道内存在的液体压力波速、管道应力波速、流体波速,且进行了大量的简化却不能更好地反应管道系统的实际运动状态。本文主要基于现有的水击计算理论及其耦合理论,在考虑管道纵横两个方向... 传统水击理论所用的连续方程未能反映水击发生时管道内存在的液体压力波速、管道应力波速、流体波速,且进行了大量的简化却不能更好地反应管道系统的实际运动状态。本文主要基于现有的水击计算理论及其耦合理论,在考虑管道纵横两个方向都反映水击耦合特性的情况下,利用特征线法,求出耦合波速;并在推导新的连续方程时将求出的耦合波速替代推导传统4-方程模型的连续性微分方程时水击波速与流速的关系,得到新的连续方程;并忽略高次微量和压力梯度等对新的连续方程进行一定简化,与简化后的流体动量方程、管道运动方程和物理方程构成了改进的轴向4-方程模型。将改进模型求解出的耦合波速与经典模型的进行比较,结果表明两耦合波速相近,但改进模型在考虑管道纵横两个方向都反映水击耦合特性的因素后,理论上会更严瑾、更合理。 展开更多
关键词 水击 fsi(流固耦合) 连续性方程 特征线法 相容方程
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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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Safety estimation of high-pressure hydraulic cylinder using FSI method 被引量:1
13
作者 KIM J.H. HAN S.M. KIM Y.J. 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期418-423,共6页
Hydraulic cylinder is a primary component of the hydraulic valve systems.The numerical study of hydraulic cylinder to evaluate the stress analysis,the life assessment and the performance of operation characteristics i... Hydraulic cylinder is a primary component of the hydraulic valve systems.The numerical study of hydraulic cylinder to evaluate the stress analysis,the life assessment and the performance of operation characteristics in hydraulic cylinder were described.The calculation of safety factor,fatigue life,piston chamber pressure,rod chamber pressure and the change of velocity of piston with flow time after the beginning of hydraulic cylinder were incorporated.Numerical analysis was performed using the commercial CFD code,ANSYS with unsteady,dynamic mesh model,two-way FSI(fluid-structure interaction)method and k-εturbulent model.The internal pressure in hydraulic cylinder through stress analysis show higher than those of the yield strength. 展开更多
关键词 two-way fluid-structure interaction high-pressure hydraulic cylinder durability life safety estimation dynamic mesh
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基于FSI效应AP1000屏蔽厂房重力水箱的模态分析
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作者 张程 田石柱 《广西大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第1期33-40,共8页
为了研究AP1000屏蔽厂房PCS重力水箱中考虑水体与结构相互作用时水箱结构固有特性,基于液固耦合理论分析方法,首先针对重力水箱特殊的结构形式分别建立不同水位高度下的理论分析模型和FEM数值模型,对比分析不同方法同水位高度下PCS重力... 为了研究AP1000屏蔽厂房PCS重力水箱中考虑水体与结构相互作用时水箱结构固有特性,基于液固耦合理论分析方法,首先针对重力水箱特殊的结构形式分别建立不同水位高度下的理论分析模型和FEM数值模型,对比分析不同方法同水位高度下PCS重力水箱中水的晃动频率的差异性,然后对不同水位高度下水箱中水体的晃动模态进行分析,最后对水箱耦合系统结构振动模态变化进行探究。研究结果得出:等效圆柱水箱和等效环形水箱计算得到的晃动频率相差不大,且FEM法得到的水的晃动频率比理论方法小;水晃动频率随着水位升高而增大,结构的振动频率则相反。 展开更多
关键词 PCS重力水箱 液固耦合(fsi) 模态 晃动频率
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水介质中冰-桥墩碰撞动力响应分析 被引量:2
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作者 贡力 董洲全 +2 位作者 杨腾腾 崔越 杜云飞 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期72-82,共11页
为准确模拟冰-桥墩碰撞过程中墩体结构的动力响应,基于流固耦合(fluid-solid interaction, FSI)的计算方法,运用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟了水介质中冰排与桥墩在不同碰撞影响参数下的动力响应。结果表明:恒定附加质量(constant added ... 为准确模拟冰-桥墩碰撞过程中墩体结构的动力响应,基于流固耦合(fluid-solid interaction, FSI)的计算方法,运用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟了水介质中冰排与桥墩在不同碰撞影响参数下的动力响应。结果表明:恒定附加质量(constant added mass, CAM)模型相比FSI模型冰载荷计算结果偏大,是因为CAM模型忽略了降低冰排速度的“水垫效应”,但其计算效率高,计算时间是FSI模型的1/10,更有利于桥墩防撞设计,而FSI模型能够更真实地模拟冰-桥墩碰撞场景。综合分析该研究所模拟的不同冰排工况,发现桥墩在冰排撞击作用下呈现明显的冰激结构振动特征,桥墩侧向位移云图随着应力波的传递呈现明显的层状分布,其顶部侧向位移幅度最大,因此在工程设计时应充分考虑其对桥梁整体安全的影响;随着冰排速度、冰排厚度和冰排压缩强度的增大,冰载荷平均值均呈现近似多项式函数关系。此外,研究发现当冰排压缩强度小于2.668 MPa(环境温度高于-15℃)时,冰载荷平均值明显减小,表明环境温度的变化对于桥墩受冰排撞击挤压作用所受的冰害问题具有显著的差异。其仿真研究成果拟为桥梁及桥墩防撞设施设计提供参考。 展开更多
关键词 数值模拟 流固耦合 冰载荷 桥墩 水介质
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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
16
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
17
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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考虑弯剪耦合变形的矩形空心墩等效塑性铰模型
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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 CSCD 北大核心 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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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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折流板除雾器力学性能数值模拟研究 被引量:11
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作者 刘丽艳 孔庆森 谭蔚 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期477-483,共7页
工业应用较广的折流板除雾器在使用过程中经常出现坍塌、断裂等失效问题,造成设备分离效率下降,影响整个生产工艺流程。今采用有限元分析软件ANSYS中的Mechanical与CFX模块对折流板除雾器的力学性能进行了流固耦合数值模拟,并用实验对... 工业应用较广的折流板除雾器在使用过程中经常出现坍塌、断裂等失效问题,造成设备分离效率下降,影响整个生产工艺流程。今采用有限元分析软件ANSYS中的Mechanical与CFX模块对折流板除雾器的力学性能进行了流固耦合数值模拟,并用实验对模拟结果进行了可靠性验证。结果表明,模拟和实验结果之间最大相对误差11%,平均相对误差4%。流固耦合结果中最大应力maxσ出现在折流板约束处,是工程实际中主要失效位置。选取折流板除雾器约束处最大应力maxσ,进口第一块折板的最大应力max1σ和最大挠度totalw为控制指标,设计L9(34)正交试验研究级数、间距、折角、进口气速对maxσ、max1σ和totalw的影响规律,结果表明对maxσ的影响由强到弱依次为:折角>风速>级数>间距;对max1σ的影响由强到弱依次为:折角>级数>风速>间距;对totalw的影响由强到弱依次为:风速>折角>间距>级数。根据正交分析确定最优的条件为:折角120°、间距10 mm、级数1级、风速3 m?s-1。 展开更多
关键词 折流板除雾器 力学性能 流固耦合 正交分析 实验验证 fluid-structure interactionS (fsi)
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