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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
1
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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渗流-应力耦合下断层带裂隙岩体渗透演化规律 被引量：1
2
作者 赵德康 韩冰 +6 位作者 曾一凡 冯国瑞 席永红 常波峰 李政昊 王鹏威 王立三 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期154-165,共12页
【背景】断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一,对矿井安全生产构成严重威胁,深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。【方法】以山西潞安高河煤矿为工程背景,首先分析断层带裂... 【背景】断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一,对矿井安全生产构成严重威胁,深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。【方法】以山西潞安高河煤矿为工程背景,首先分析断层带裂隙岩体的微观物理性质及孔裂隙结构特征;然后通过三轴渗流实验研究重复加卸载条件下断层带裂隙岩体渗透性演化规律,建立渗透系数与围压的定量耦合关系;最后以高河煤矿Fw159断层为研究对象,结合力学模型分析,建立断层突水数值模型,分析底板断层带突水通道形成演化规律。【结果和结论】断层带裂隙岩体孔裂隙结构复杂、边缘粗糙、呈不定向发育的微观特征对岩体的渗透性能具有控制作用;渗透系数与围压之间存在负指数关系,渗透压变化对底板破碎带位移及导水通道形成具有显著影响;开采过程中应力扰动先于位移效应发生,且在应力达到峰值后,位移效应逐渐显现,当孔隙水压达到3MPa时,承压水在断层底部聚集,沿断层破碎带向上导升,直至失稳破坏。研究成果阐明了断层带裂隙岩体渗透特性与煤矿底板断层突水之间的内在联系,为煤矿底板突水防治与矿井安全开采提供了理论依据。 展开更多
关键词 底板水害 裂隙岩体 渗流失稳 断层突水 流固耦合 潞安高河煤矿
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核岛结构PCS水箱FSI效应简化方法研究 被引量：6
3
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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负扬程工况下双向流道泵装置运转特性
4
作者 高语涵 刘红伟 +3 位作者 陈运杰 张瑾 李亚林 李彦军 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第1期187-194,共8页
为探究负扬程工况下双向流道轴流泵装置的运转特性,以太湖流域地区某一泵站所应用的双向流道轴流泵装置模型作为分析实例,采用SST(shear stress transfer)k-ω湍流模型对双向流道轴流泵装置的全流道进行非定常计算和流固耦合模拟,运用... 为探究负扬程工况下双向流道轴流泵装置的运转特性,以太湖流域地区某一泵站所应用的双向流道轴流泵装置模型作为分析实例,采用SST(shear stress transfer)k-ω湍流模型对双向流道轴流泵装置的全流道进行非定常计算和流固耦合模拟,运用数值模拟的方法得到水力特性,并与实验结果进行对照分析,以此评估模拟方法的准确性。研究发现,在负扬程工况下,叶轮相当于泵装置中的制动装置。叶片表面的压力分布不均,与设计工况下的水泵运行压力分布差异较大,水流在叶端产生流动分离,导致压力面与吸力面的流速几近对称,叶轮内部的总体流速较为平均,决定叶片和导叶衔接部分涡量分布的核心因素是叶片数;轴向力随着流量增加而减少,呈负增长趋势;此推动力的量值甚至可能转变为负值;叶片的最大变形点位于叶片前段与轮缘相交的夹角上。该成果揭示了在负扬程工况下双向流道轴流泵的运行特点,对泵站系统的优化规划及安全性监测提供一定参考。 展开更多
关键词 双向流道 轴流泵 负扬程工况 水力性能 流固耦合
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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
5
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
6
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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泵阀一体式组合结构的设计与实验研究 被引量：2
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
8
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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倾斜细长弹性管涡激振动特性研究
9
作者 王一凡 陈正寿 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期26-38,共13页
当弹性管倾斜置于流场中,其尾部流场形态与垂直来流相比有明显差异,此时流固耦合作用更为复杂。采用三维数值模拟方法,对均匀流冲击下的倾斜弹性管的涡激振动开展了仿真研究。首先,通过与试验数据的对比验证了数值方法的可靠性。然后,... 当弹性管倾斜置于流场中,其尾部流场形态与垂直来流相比有明显差异,此时流固耦合作用更为复杂。采用三维数值模拟方法,对均匀流冲击下的倾斜弹性管的涡激振动开展了仿真研究。首先,通过与试验数据的对比验证了数值方法的可靠性。然后,基于对均方根振幅包络图的显性模态分析,发现随着弹性管倾角的增加,其顺流向涡激振动的最大响应幅值会逐渐下降,横流向最大响应幅值大幅增加。接着,通过位置-频率-能量(PFE)图解技术,可观察到倾斜弹性管在顺流向和横流向上均表现出典型的多模态特性。当弹性管倾角达到30°时,主振模态、振动位移等均有所改变,独立性准则(IP)失效。最后,对尾流场的分析发现,在小角度倾斜条件下尾流区出现平行交叉泄涡,大角度倾斜条件下尾涡为倾斜泄涡模式。 展开更多
关键词 倾斜弹性管 涡激振动(VIV) 流固耦合(fsi) 多模态振动 独立性准则(IP)
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基于FSI的4-方程模型的改进分析 被引量：2
10
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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基于FSI效应AP1000屏蔽厂房重力水箱的模态分析
11
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
12
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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新型柔性自适应迷宫密封泄漏特性研究 被引量：2
13
作者 张宇聪 张万福 +3 位作者 顾乾磊 周庆辉 茹梦崖 李春 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第23期9323-9330,I0018,共9页
迷宫密封是涡轮机械最常见的密封型式之一,对迷宫密封进行结构优化可降低机组工质泄漏率,提高运行效率。该文提出一种新型柔性自适应迷宫密封,通过在末级密封齿布置柔性齿结构,利用流场内形成的自然压差可自适应调整柔性齿形变程度,调... 迷宫密封是涡轮机械最常见的密封型式之一,对迷宫密封进行结构优化可降低机组工质泄漏率,提高运行效率。该文提出一种新型柔性自适应迷宫密封,通过在末级密封齿布置柔性齿结构,利用流场内形成的自然压差可自适应调整柔性齿形变程度,调整密封间隙。基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法与有限元法(finite element method,FEM)对柔性自适应迷宫密封进行流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)分析,计算不同运行工况及柔性齿几何形状下柔性自适应迷宫密封形变及流场特性,得出泄漏特性变化规律,并与传统迷宫密封进行对比。结果表明:柔性自适应迷宫密封在工况变化时能维持低泄漏水平,在高压比下泄漏减少约26%,具有更好的封严性能,尤其可通过增大柔性齿长度、减小厚度,以增强流束收缩效应,提高新型密封泄漏控制效果。 展开更多
关键词 迷宫密封 泄漏特性 流束收缩效应 计算流体力学 流固耦合
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船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法 被引量：1
14
作者 卢安格 王子棠 +3 位作者 孔祥韶 李樱 陈三桂 吴卫国 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期128-139,共12页
[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰... [目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。 展开更多
关键词 模型试验 数值仿真 碰撞响应 任意拉格朗日-欧拉流固耦合
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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
15
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：2
16
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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基于薄膜壳体理论的仿淋巴瓣膜结构设计
17
作者 左少华 丁来钱 +3 位作者 李扬 陈莉 李经民 刘冲 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第2期72-75,共4页
淋巴系统中的瓣膜结构是控制淋巴液单向流动的关键结构,进而影响肿瘤细胞的淋巴转移过程。基于薄膜壳体理论设计了仿淋巴瓣膜结构,通过COMSOL有限元仿真分析了瓣膜厚度、弹性对其变形的影响。配制了聚二甲基硅氧烷(PDMS)与Ecoflex00—3... 淋巴系统中的瓣膜结构是控制淋巴液单向流动的关键结构,进而影响肿瘤细胞的淋巴转移过程。基于薄膜壳体理论设计了仿淋巴瓣膜结构,通过COMSOL有限元仿真分析了瓣膜厚度、弹性对其变形的影响。配制了聚二甲基硅氧烷(PDMS)与Ecoflex00—30的混合材料,通过调整二者的体积比,使其杨氏模量与生物组织实际值更接近。采用软刻蚀技术制作了仿淋巴管微通道,测试了其单向截流性能。结果表明:在80 Pa压力下,仿淋巴瓣膜结构无明显漏液现象,单向截流性能良好。 展开更多
关键词 淋巴瓣膜 薄膜壳体理论 流固耦合 杨氏模量
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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 被引量：1
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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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强风区750kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究 被引量：28
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作者 朱正一 贾志东 +2 位作者 马国祥 王希林 关志成 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期947-954,共8页
为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30m/s强风区的新疆750kV高压输电线路中,复合绝缘... 为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30m/s强风区的新疆750kV高压输电线路中,复合绝缘子出现大规模伞裙根部断裂故障,最严重的单根绝缘子有效爬距损失达20.4%。研究结果表明:常规绝缘子硅橡胶材料耐疲劳性能较差,在强风中绝缘子伞裙会出现大幅摆动现象,该状况导致伞裙根部承受严重的应力集中问题,长期的循环应力作用使伞裙根部材料出现疲劳裂纹,最终发展为伞裙根部断裂故障。该实验研究结果与现场故障现象吻合度较高,为进一步解决伞裙断裂故障提供了理论基础。 展开更多
关键词 复合绝缘子 750 kV伞裙 疲劳 断裂 流固耦合
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