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Fluid structure interaction for circulation valve of hydraulic shock absorber 被引量:6
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作者 陈齐平 舒红宇 +2 位作者 方文强 何联格 杨茂举 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第3期648-654,共7页
Based on the working principle and the damping characteristic of hydraulic shock absorber, a fluid structure interaction method was presented, which was used to analyze the microcosmic and high-frequency processing me... Based on the working principle and the damping characteristic of hydraulic shock absorber, a fluid structure interaction method was presented, which was used to analyze the microcosmic and high-frequency processing mechanism of fluid structure interaction between circulation valve and liquid of hydraulic shock absorber. The fluid mesh distortion was controlled by the CEL language, and the fluid struc^tre interaction mathematical model was established. The finite element model was established by ANSYS CFX software and was analyzed by dynamic mesh technique. The local sensitive computational area was meshed by prismatic grid, which could reduce the negative volume problem during the simulation. The circulation valve and liquid of hydraulic shock absorber were simulated and analyzed under the condition of sinusoidal inlet velocity loads. Flow characteristic and dynamics characteristic were obtained. The pressure distribution and the displacement of circulation value were obtained, and the acceleration curve of circulation valve was simulated and analyzed. The conformity of the final simulation results with the experimental datum indicates that this method is accurate and reliable to analyze the dynamics characteristic between circulation valve and liquid of hydraulic shock absorber, which can provide a theoretical foundation for optimizing hydraulic shock absorber in the future. 展开更多
关键词 hydraulic shock absorber circulation valve finite element method fluid structure interaction simulation analysis
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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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Fluid-Structure Interaction Modeling of the Living Artery: Based on the Zero-Pressure Status and the Anisotropic Hyperelastic Constitutive Model
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作者 Dongliang Zhao Wenchang Tan 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期107-108,共2页
Vascular diseases such as aneurysm,hemadostenosis,aortic dissection are the primary causes of people’s death around world.As a result,it is significant to improve our knowledge about them,which can help to treat the ... Vascular diseases such as aneurysm,hemadostenosis,aortic dissection are the primary causes of people’s death around world.As a result,it is significant to improve our knowledge about them,which can help to treat the disease.Measuring the hemodynamic factor like the blood pressure,the wall shear stress(WSS)and the oscillatory shear index(OSI)is,however,still beyond the capabilities of in-vivo measurement techniques.So the use of mathematical models and numerical simulations for the studies of the blood flow in arteries and,in general,of the cardiovascular system,both in physiological and pathological conditions,has received an increasing attention in the biomedical community during the last two decades.Indeed,such studies aims at enhancing the current knowledge of the physiology of the cardiovascular system,as well as providing reliable tools for the medical doctors to predict the natural course of pathologies and,possibly,the occurrence of cardiovascular accidents.The computational vascular fluid-structure interaction(FSI)methodology is a numerical simulation method which is used to explain the hemodynamic factors.The WSS on the luminal wall and the mechanical stress in the vascular wall are directly related to the location of the lesion,and the blood flow strongly interacts with the vascular wall motion.The arterial wall continually adapts to the charge of its mechanical environment(due to,for example,growth,atrophy,remodelling,repair,ageing,and disease)and consequently undergoes several irreversible processes.Primary acute mechanisms of vascularFSI numerical simulation seem to be associated with(1)the arterial histology and the patient-specific complex geometry,(2)the typical mechanical properties of the layer,(3)properties of the blood is assumed as Newtonian fluid or non-Newtonian fluid based on the scale ofthe diameter of a vessel,(4)residual stress in the zero-pressure configuration.The arterial system naturally function under permanent physiological loading conditions.Fung defined the residual stress and measured the opening angle which varies greatly along the aortic tree.Consequently,most of these systems never experience a stress-free state in their’service life’,so a stress and strain fields are present in any in vivo obtained patientspecific cardiovascular geometry.The residual stress always be ignored in FSI simulation or be assumed to equal zero,and the vivo patient-specific artery geometry is assumed as zero-pressure configuration.To define the in vivo stress state of artery,an inverse problem needs to be solved:the undeformed shape of a body or its stress state in its deformed state needs to be determined given the deformed configuration and the loads causing this deformation.The modular inverse elastostatics method is used to resolve the pressure-induced stress state for in vivo imaging based on cardiovascular modeling proposed by Peirlinck.Here,we build a living vessel FSI model based on 4 key factors.In order to get the universal simulation results,we focus on idealized geometries of the vessel that represent healthy(physiological)conditions of the cerebral vasculature.Blood can be assumed as the Newtonian fluid at this scale.The anisotropic hyperelastic constitutive law(Gasser-Holzapfel-Ogden)is used in zero-pressure configuration.Afterwards,we propose the material parameters for the different constitutive models and the computational configurations.We demonstrate the importance of introducing the residual stress into vascular blood flow modeling by performing a comparing zero-pressure configuration and no-resistance configuration.We get the conclusion that the zero-pressure status model has smaller displacement and larger stress distribution compared with no-resistance stress model.Hence,the methodology presented here will be particularly useful to study the mechanobiological processes in the healthy and diseased vascular wall. 展开更多
关键词 fluid structure interaction zero-pressure configuration ANISOTROPIC HYPERELASTIC CONSTITUTIVE LAW
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Developments of numerical methods for linear and nonlinear fluid-solid interaction dynamics with applications 被引量:9
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作者 Jing Tang XING 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期95-139,共45页
关键词 linear and nonlinear fluid-solid interactions MIXED FE-substructuremethod MIXED FE-BE METHOD MIXED FE-FD METHOD MIXED FE-SP METHOD fluidsloshing acoustic volume—structure coupling breaking WAVE simulations pressurewaves in fluids LNG ship VLFS-water interaction WAVE energy harvesting
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流固耦合下早期粥样硬化斑块生长动力学数值研究
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作者 李扬 张晓敏 +5 位作者 赵志鹏 吴琼 赵立波 程可 刘曙东 唐戈 《力学学报》 北大核心 2025年第7期1747-1755,共9页
粥样硬化斑块的生长会显著改变血管几何形态,引发血流动力学异常,进而导致脑卒中、缺血性眼病、急性肾衰竭等严重并发症.现有研究对涉及炎症反应与脂质代谢的早期斑块动态演化机制仍存在认知局限,亟需建立更精细的生长动力学模型.本文... 粥样硬化斑块的生长会显著改变血管几何形态,引发血流动力学异常,进而导致脑卒中、缺血性眼病、急性肾衰竭等严重并发症.现有研究对涉及炎症反应与脂质代谢的早期斑块动态演化机制仍存在认知局限,亟需建立更精细的生长动力学模型.本文构建了一套融合早期斑块生长动力学的流固耦合多物理场模型,可以同时反映脂蛋白浓度扩散、斑块体积膨胀协同作用下的粥样硬化斑块生长,以及内膜下层变形与血流动力学响应的交互耦合作用.前者硬化斑块的非线性力学特性采用neo-Hookean本构模型来表征,并通过将血管壁总的变形梯度分解为弹性和生长两部分来表征斑块的生长;后者则采用双向迭代耦合算法,通过位移-应力边界传递机制同步求解血流与内膜的动力学耦合行为.数值模拟显示模型预测的早期斑块生长形态与临床经验曲线具有高度一致性.通过定义影响因子A(膨胀/扩散速率比)定量揭示了脂蛋白扩散驱动的膨胀变形对早期斑块尺寸的调控.同时,数值模拟结果证实斑块生长过程会通过几何形变改变血流的剪切应力分布,从而加剧血栓形成的风险,并给出了血小板活化的临界斑块高度. 展开更多
关键词 动脉粥样硬化 生长 流固耦合 扩散机制 血流动力学
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地震作用下浮式桥梁动力响应及参数影响分析
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作者 王丕光 沈一鸣 +2 位作者 曲杨 赵密 杜修力 《振动与冲击》 北大核心 2025年第14期149-161,共13页
针对目前浮式桥梁地震响应特征及关键参数影响规律尚不明确的问题,建立了主梁-墩柱-浮筒-锚索整体有限元数值模型。为解决结构-水体间相互作用问题,采用附加质量法模拟地震运动引起的水动力惯性力,而作用在浮筒和锚索上的其他水动力载... 针对目前浮式桥梁地震响应特征及关键参数影响规律尚不明确的问题,建立了主梁-墩柱-浮筒-锚索整体有限元数值模型。为解决结构-水体间相互作用问题,采用附加质量法模拟地震运动引起的水动力惯性力,而作用在浮筒和锚索上的其他水动力载荷则采用Morison方程进行模拟;分析了不同地震动特性、不同地震动强度及不同地震方向作用下,浮式桥梁系统动力响应特性及关键参数影响规律。结果表明:不同地震特性的地震动引发的浮式桥梁响应存在显著差异,低频且能量较为集中的长周期地震动会引发浮桥产生较大的响应,而高频且能量较为分散的短周期地震动引发的浮桥响应相对较小;单独施加x方向地震时,会引发系统z方向上的动态响应,导致单独z向和x-y-z向结构地震动响应存在明显区别,后者动力响应明显大于前者;考虑附加质量的浮式桥梁加速度和位移响应均大于无附加质量的情况;结构阻尼对浮桥的响应有一定抑制作用;而浮筒和锚索的拖曳力对系统响应的影响相对较小。 展开更多
关键词 浮式桥梁 地震响应 水与结构相互作用 参数分析
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绕NACA0009水翼锁频特性试验研究
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作者 黄彪 龚诗婷 +2 位作者 刘韵晴 吴钦 王国玉 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第3期287-294,共8页
试验基于涡激振动同步测量系统,采用了来流速度连续变化控制技术,通过对水翼尖端变形和对尾流场结构的精确测量,研究了来流速度连续线性变化的条件下绕NACA 0009水翼的涡激振动响应和锁频特性.结果表明:水翼在进入和退出锁频区间时,会... 试验基于涡激振动同步测量系统,采用了来流速度连续变化控制技术,通过对水翼尖端变形和对尾流场结构的精确测量,研究了来流速度连续线性变化的条件下绕NACA 0009水翼的涡激振动响应和锁频特性.结果表明:水翼在进入和退出锁频区间时,会发生“幅度跳跃”现象,即结构的振动幅度会出现相差百倍的显著变化;在锁频区间内观察到“频率增加”现象,即结构的固有频率会跟随来流速度缓慢增加.综合分析了水翼锁频时旋涡演化、尖端位移和结构振动速度三者的作用关系,可为涡激振动耦合关系和锁频机理提供更多的试验依据. 展开更多
关键词 水翼 涡激振动 旋涡脱落 锁频 流固耦合
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正畸力下牙槽骨内流体剪切应力与骨改建速度关系研究
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作者 吴斌 胡可欣 +4 位作者 杨帆 卢轶 姜迪 易扬 严斌 《华西口腔医学杂志》 北大核心 2025年第2期190-196,共7页
目的探究正畸力作用下不同部位牙槽松质骨内流体流动差异,阐明流体剪切应力与骨改建关系,为解析正畸牙齿移动生物力学机制奠定基础。方法对人牙槽骨样本开展应力松弛试验并拟合Prony级数得到材料参数,建立牙槽骨逆向模型进行流固耦合数... 目的探究正畸力作用下不同部位牙槽松质骨内流体流动差异,阐明流体剪切应力与骨改建关系,为解析正畸牙齿移动生物力学机制奠定基础。方法对人牙槽骨样本开展应力松弛试验并拟合Prony级数得到材料参数,建立牙槽骨逆向模型进行流固耦合数值模拟,计算松质骨内流体流动的情况。同时,构建大鼠牙移动模型,探究不同区域骨改建速度的差异。结果人和大鼠牙槽松质骨微观结构分布类似,从根颈向根尖方向骨体积分数和骨小梁厚度逐渐减小,而骨小梁间隙逐渐增大。应力松弛试验下不同牙根层面的松质骨内流体剪切应力分布存在差异,根尖处剪切应力最高(0~0.9366 Pa)。大鼠牙移动模型表明根尖处呈现更快的骨改建速度。结论流体刺激在牙槽骨改建过程中具有重要影响,会引起牙槽骨结构的变化,最终调控结构改建的速度。 展开更多
关键词 牙槽骨 流固耦合 流体剪切力 多孔结构
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聚焦波与水囊潜堤相互作用的试验与数值模拟研究
9
作者 刘畅 刘维杰 +1 位作者 金袭 赵西增 《海洋工程》 北大核心 2025年第2期12-24,共13页
水囊潜堤是一种兼具结构安全及经济环境效益的代表性柔性防波堤,具有良好的应用前景。开展极端波浪与水囊潜堤相互作用的物理模型试验,分析水囊潜堤在聚焦波作用下的消浪特性,并构建波浪与水囊潜堤相互作用的流固耦合数值模型。基于验... 水囊潜堤是一种兼具结构安全及经济环境效益的代表性柔性防波堤,具有良好的应用前景。开展极端波浪与水囊潜堤相互作用的物理模型试验,分析水囊潜堤在聚焦波作用下的消浪特性,并构建波浪与水囊潜堤相互作用的流固耦合数值模型。基于验证后的数值模型探究聚焦波作用下水囊充盈度和潜堤位置对潜堤消浪效果的影响规律,分析上述因素对水囊潜堤消浪性能的影响机制。结果表明,构建的流固耦合模型可准确地模拟聚焦波与水囊潜堤的相互作用过程;相比刚性潜堤,水囊潜堤与波浪相互作用更为剧烈,具有更好的消浪性能;水囊充盈度的改变可通过同时改变潜堤的反射和耗散作用影响其消浪效果,其中耗散作用主要通过改变结构运动产生的涡量而产生,聚焦波作用下水囊潜堤的最佳充盈度为96%;潜堤布放位置在聚焦振幅较大时对消浪效果影响较大,潜堤位置离聚焦位置越近,结构运动产生的涡量及波面涡量耗散越大,消浪效果越好。相关结果可以为柔性水囊潜堤在实际极端海况下的应用提供一定借鉴,对于提高海洋防灾减灾能力、保护海洋环境等具有重要意义。 展开更多
关键词 水囊潜堤 CIP方法 聚焦波 流固耦合 消浪性能 防波堤
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核电厂立式圆柱储罐动态特性分析方法研究
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作者 沈睿 陈孟 +1 位作者 陶宏新 黄庆 《核科学与工程》 北大核心 2025年第1期75-82,共8页
基于HOUSNER理论和流固耦合相互作用理论对大型立式圆柱储罐的动态特性展开研究。采用ANSYS有限元软件Fluid80单元建立流固耦合有限元模型,并采用Reduced法进行模态分析,对典型低矮型和细高型锚固储罐在1/4、1/2、3/4和设计装液量H下的... 基于HOUSNER理论和流固耦合相互作用理论对大型立式圆柱储罐的动态特性展开研究。采用ANSYS有限元软件Fluid80单元建立流固耦合有限元模型,并采用Reduced法进行模态分析,对典型低矮型和细高型锚固储罐在1/4、1/2、3/4和设计装液量H下的动态特性进行研究,并对两种模型得出的液面第一阶晃动频率和储罐系统第一阶主振形频率进行对比分析。通过对比基于HOUSNER理论的模型和流固耦合模型的计算结果,对HOUSNER理论公式进行修正,计算结果表明,本文提出的基于HOUSNER理论的修正模型与流固耦合模型计算结果更加接近,本文提出的HOUSENER理论修正模型所预测的储罐第一阶主振形频率最大误差比HOUSENER理论模型降低7.41%,改进了HOUSNER理论公式的不保守性,为核电厂大型储罐的抗震设计提供参考。 展开更多
关键词 立式圆柱储罐 模态分析 流固耦合 动态特性 核电厂
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水流攻角对有限长圆柱涡激振动影响机理研究
11
作者 段德荣 代森良 +3 位作者 王慕豪 张晓娅 张辉 杨学锋 《振动与冲击》 北大核心 2025年第8期80-88,共9页
海工装备中有限长圆柱不同的工作姿态会产生不同的水流攻角冲击作用,为了揭示水流攻角对有限长圆柱涡激振动响应的影响机理,采用三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和剪切应力传输k-ω模型,对不同攻角下有限长圆柱进行双向流固耦合数... 海工装备中有限长圆柱不同的工作姿态会产生不同的水流攻角冲击作用,为了揭示水流攻角对有限长圆柱涡激振动响应的影响机理,采用三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和剪切应力传输k-ω模型,对不同攻角下有限长圆柱进行双向流固耦合数值计算,并通过试验验证了数值结果的准确性。研究结果表明,攻角的增大会使结构两侧流体流速不平衡加剧,升力和阻力均增大,且升力比阻力变化明显,导致有限长圆柱的振动响应随攻角增大而提高。当攻角由0°增大到2°和4°时,自由端横流向振幅分别增加了7.3%和21.2%,顺流向振幅分别增加了6.3%和24.6%,顺流向涡激振动的振动主频不再是横流向的2倍。由于自由端和固定端的存在,干扰了圆柱后方漩涡的形成和脱落,攻角越大,尾流漩涡脱落的宽度越宽,有限长圆柱振动幅值越大。 展开更多
关键词 水流攻角 涡激振动 流固耦合 有限长 自由端
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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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过河段顶管施工河床地表沉降影响规律
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作者 盛松涛 安子玥 +1 位作者 周洪云 刘杰 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第7期133-141,共9页
过河段顶管工程水文地质条件复杂,流固耦合下岩土体的重度增加、内聚力和内摩擦角降低,顶管施工中会进一步加剧土体的变形,甚至造成突水冒顶事故。以某市雨污分流工程的过河段顶管施工为依托,分析了河床地表沉降机理;运用COMSOL软件建... 过河段顶管工程水文地质条件复杂,流固耦合下岩土体的重度增加、内聚力和内摩擦角降低,顶管施工中会进一步加剧土体的变形,甚至造成突水冒顶事故。以某市雨污分流工程的过河段顶管施工为依托,分析了河床地表沉降机理;运用COMSOL软件建立过河段顶管施工三维数值模型,采用强度折减法对岩土体的c、φ值进行折减;深入研究了过河段顶管施工周边土体的应力、河床地表沉降及管道直径、注浆压力和土体弹性模量等参数对地表沉降的影响规律。研究发现:河床地表沉降数值模拟结果与Peck经验公式吻合度较高;管道周围土体应力呈近“M”型分布,且距离管道越近,土体应力曲线更接近“M”型;管道直径越大,最大沉降越大且沉降槽越宽;注浆压力越大、弹性模量越小,顶管开挖对土体的扰动程度越大,河床地表沉降也越大。 展开更多
关键词 顶管施工 流固耦合 强度折减 地表沉降 数值模拟
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张力作用下部分浸液带钢振动特性研究
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作者 王兴东 张祖锋 +3 位作者 吕成 胡朝阳 吴宗武 杨芃 《振动与冲击》 北大核心 2025年第13期148-157,共10页
热镀锌带钢正向薄和宽方向发展,沉没辊和塔顶辊间带钢处于部分浸液,振动特性复杂,需研究其柔性特征与流固耦合效应的振动机理。针对弹性支撑的部分浸没带钢,建立了面外振动的动力学模型,分析了模态频率灵敏度影响因子;搭建试验平台,开... 热镀锌带钢正向薄和宽方向发展,沉没辊和塔顶辊间带钢处于部分浸液,振动特性复杂,需研究其柔性特征与流固耦合效应的振动机理。针对弹性支撑的部分浸没带钢,建立了面外振动的动力学模型,分析了模态频率灵敏度影响因子;搭建试验平台,开展了计及张力的不同浸没深度带钢模态试验,建立并验证了部分浸没带钢的有限元模型有效性。依据部分浸没带钢仿真模型,对比分析了其振型特性,定量分析了不同厚度、液体、张力及浸没深度对带钢模态灵敏度的影响。结果表明:随张力和浸没深度增大,各阶模态频率值及宽度方向振型节线分别增大和减小,灵敏度变化与之相反,振型节线更趋向于浸没部分;液体A中频率为液体B中的2.47倍~2.53倍;n=3阶模态灵敏度较大,浸没更深带钢的(0,3)阶模态频率对张力变化的灵敏度更低。 展开更多
关键词 柔性带钢 流固耦合 振型畸变 试验研究 模态灵敏度
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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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基于重叠网格技术柔性旗帜与流体耦合运动数值模拟
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作者 杜小振 郭东兴 +3 位作者 王文秀 韩艺 刘晓彤 王淑珺 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第2期473-483,共11页
为研究分析自然界与风能采集领域中柔性旗帜与空气流固耦合运动特性,基于空气动力学原理和二维柔性板轴向不可拉伸假设推导旗帜颤振非线性理论模型,研究了旗帜与空气之间的耦合运动,分析长度、质量比和风速对其运动特性影响。利用双向... 为研究分析自然界与风能采集领域中柔性旗帜与空气流固耦合运动特性,基于空气动力学原理和二维柔性板轴向不可拉伸假设推导旗帜颤振非线性理论模型,研究了旗帜与空气之间的耦合运动,分析长度、质量比和风速对其运动特性影响。利用双向流固耦合方法及重叠网格技术对旗帜随风摆动过程进行数值模拟,得出流场中旗帜运动行为及周围流场特性。结果表明:临界颤振风速随旗长增加而减小,摆动位移随风速增加先增大后减小;质量比越大,颤振频率越小,斯特劳哈尔数受其影响较小;旗帜尺寸一定时,风速较小,摆动位移、频率较小,风速超过临界颤振风速发生大幅度颤振现象;旗帜周围漩涡会经历产生、脱落和消失过程,周围压力及速度会随漩涡运动过程发生变化。可见采用基于重叠网格技术的数值模拟方法可有效解决柔性旗帜大变形问题,实现理论与数值仿真验证分析。 展开更多
关键词 柔性旗帜 流固耦合 重叠网格 流场 数值模拟
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基于CFD-FEM的弹性楔形体入水砰击特性分析
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作者 崔杰 胡翔宇 +1 位作者 李季阳 韩鸿阳 《振动与冲击》 北大核心 2025年第13期22-31,共10页
在舰船的结构强度设计中,耦合入水砰击荷载受到很大的重视。采用计算流体动力学-有限元法(computational fluid dynamics-finite element method,CFD-FEM)双向耦合数值方法,研究重力作用下弹性楔形体于不同流场环境下入水时的流固耦合... 在舰船的结构强度设计中,耦合入水砰击荷载受到很大的重视。采用计算流体动力学-有限元法(computational fluid dynamics-finite element method,CFD-FEM)双向耦合数值方法,研究重力作用下弹性楔形体于不同流场环境下入水时的流固耦合问题。首先,以静水中楔形体砰击为例,将其仿真结果与试验进行对比验证该耦合方法的准确性;而后,分析了不同入水速度和底部斜升角的弹性楔形体在静水、流和波浪等不同流场环境中入水时所受砰击荷载以及结构响应和流场的变化。结果表明:静水中楔形体入水砰击与模型试验结果相吻合,证明该数值模拟具有可靠性和可行性;均匀流作用下楔形体入水时由于结构物对来流产生壁面反射,导致楔形体附近在靠近来流侧与远离来流侧流速不同从而产生压力差,楔形体底部向来流方向偏移,不同波浪位置下入水时,模型在波浪速度向上的平衡位置,因波浪与楔形体的相对冲击速度增加,所产生的砰击荷载比静水中大,高应力区主要集中在楔形体底部及焊缝位置。研究结果对舰船结构设计以及入水砰击研究提供了指导依据。 展开更多
关键词 入水砰击 弹性楔形体 流固耦合 波流作用
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大型外浮顶储罐抗风载结构响应机制研究
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作者 周一卉 蔡语 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第3期918-928,共11页
风载是导致大型外浮顶储罐结构失效的典型灾害性因素,为探究大型外浮顶储罐对风载的结构响应机制,以10万m^(3)大型外浮顶储罐为研究对象,建立了储罐罐体-双盘式外浮顶一体化全尺寸结构模型和风场模型。采用CFD方法获得了不同液位下罐体... 风载是导致大型外浮顶储罐结构失效的典型灾害性因素,为探究大型外浮顶储罐对风载的结构响应机制,以10万m^(3)大型外浮顶储罐为研究对象,建立了储罐罐体-双盘式外浮顶一体化全尺寸结构模型和风场模型。采用CFD方法获得了不同液位下罐体周向与外浮顶顶部风压分布。基于流固耦合算法,分别就外浮顶在低、中、高液位下的漂浮工况和外浮顶落底工况下罐-顶一体化结构对风载的响应机制进行了讨论。结果表明:罐体周向风压不受液位影响,在迎风侧可达到最大风压1400 Pa;外浮顶顶部风压压差随液位升高而增大,在100%液位时可达到2410 Pa,导致外浮顶发生侧倾或不平衡升降的事故概率增加;外浮顶顶板在风载作用下沿竖直方向的最大变形差值在100%液位达到最大,为16.44 mm;极端落底工况下的外浮顶对风载的响应非常敏感,相比由储液支撑的外浮顶,其最大变形量提升幅度可达到528.3%,且每圈面板变形量比无风工况增加48%~77%,应高度重视支柱支撑与风载的耦合效应。 展开更多
关键词 安全工程 大型储罐 双盘式外浮顶 风载 结构响应 流固耦合
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基于梯形泡沫铝复合夹层结构的新型船–桥碰撞防护装置损伤特性研究
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作者 刘昆 张子阳 +1 位作者 王加夏 俞同强 《船舶力学》 北大核心 2025年第4期629-644,共16页
随着交通运输业的高速发展,船–桥碰撞事故时有发生并带来相关人员生命、财产损失,船–桥防撞设施在保护桥梁结构的同时也能降低船舶的损伤。针对传统钢制套箱刚度大、防护位置固定等不足,本文基于梯形泡沫铝复合夹层结构设计自浮式新... 随着交通运输业的高速发展,船–桥碰撞事故时有发生并带来相关人员生命、财产损失,船–桥防撞设施在保护桥梁结构的同时也能降低船舶的损伤。针对传统钢制套箱刚度大、防护位置固定等不足,本文基于梯形泡沫铝复合夹层结构设计自浮式新型船–桥防撞装置,通过有限元软件LS–DYNA建立考虑了桩–水–土耦合的船–防撞装置–桥墩碰撞模型,开展典型碰撞载荷作用的船–防撞装置–桥墩损伤特性研究,评估了不同的船速、船撞角度等因素下防撞装置的耐撞性能。结果表明,该防撞装置具备优异的缓冲、吸能特性,能有效降低碰撞力峰值,延长碰撞作用时间,在减小桥墩损伤的同时可以有效减小船艏结构损伤。 展开更多
关键词 船–桥碰撞 梯形泡沫铝复合夹层结构 防撞装置 流固耦合 损伤特性
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