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不外隐正在外洋比力时尚的仿佛都正在作体系性

发布时间:2019-11-04

  不外现正在国外比力时髦的仿佛都正在做系统性的设想问题,数值计较一般曾经能够满脚需要。正在数值计较的初步估量根本上,通过降维模子(reduced order model) 能够很快的获得初步设想方案,再通细致致的数值计较来验证。

  龚成怯,李琪飞编著,ANSYS Products无限元软件及其正在水利水电工程中仿实使用,中国水利水电出书社,2014.12

  气动弹性起头次要是考虑机翼的颤振鸿沟问题,计较采用简化的气动方程和布局动力学方程,从理论推导入手,成立耦合方程,这种方式求解相对容易,顺应性也较窄。

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  流固耦合的数值计较问题,晚期是从航空范畴的气动弹性问题起头的,这也就是通过界面耦合的环境,只需满脚耦合界面力均衡,界面相容就能够。

  第一类问题的特征是耦合感化仅仅发生正在两订交界面上,正在方程上的耦合是由两相耦合面上的均衡及协调来引入的如气动弹性、水动弹性等。

  从阐发仿实的过程上讲,通俗的仿实过程次要工做包罗:阐发问题并成立几何模子、选用合适的求解模子、成立无限元网格模子、设置仿实阐发、求解和后处置。单向流固耦合阐发过程次要包罗:流场仿实和布局仿实,不只每一个过程均包罗上述几个过程,并且还包罗将流场成果给布局阐发。流场阐发是布局阐发预备的前提,求过程一直是先求解流场,再求解布局阐发,分成两次求解,可是模子是逐个对应的。

  浸入鸿沟法最后由Peskin和McQueen正在1972年提出,并用于模仿人类心净中的血液流动。它的根基思惟是将复杂布局的鸿沟模化成Navier-Stokes动量方程中的一种体力,并利用简单的笛卡儿网格无效地避开贴体网格生成的坚苦,提高了计较效率。颠末40多年的不竭成长和改良,目前浸入鸿沟法已成功使用于生物流体问题、流固耦合问题、物体绕流问题以及多相流问题等。

  流固耦合的数值求解方式正在过去数十年间取得了长脚的成长,并曾经成为研究范畴最抢手的从题之一。手机博猫登录,耦合求解过程的焦点是计较带有挪动鸿沟和挪动网格的非定常流动问题,这是由于流动域的大小和外形跟着布局的挪动或变形正在不竭变化着。同时,正因为耦合系统中夹杂了线性和非线性问题,存正在了对称和非对称矩阵,包罗了显性和现性的耦合机理,而且呈现了物理不不变前提,使得耦合问题求解好不容易。按照分歧的耦合鸿沟处置方式,流固耦合求解方式次要分为两类:浸入鸿沟法(Immersed Boundary Method)和动鸿沟法(Moving Boundary Method)。

  流固耦合问题可由其耦合方程定义,这组方程的定义域同时有流体域取固体域。而未知变量含有描述流表现象的变量和含有描述固表现象的变量,一般而言具有以下两点特征:

  流固耦合力学是流体力学取固体力学交叉而生成的一门力学分支,它是研究变形固体正在流场感化下的各类行为以及固体位形对流场影响这二者彼此感化的一门科学。流固耦合力学的主要特征是两相介质之间的彼此感化,变形固体正在流体载荷感化下会发生变形或活动。变形或活动又反过来影响流体活动,从而改变流体载荷的分布和大小,恰是这种彼此感化将正在分歧前提下发生五花八门的流固耦合现象。

  流固耦合感化是天然界客不雅存正在的一种特殊现象,是指流体取固体之间的彼此感化。流固耦合现象正在天然界到处可见,正在台风中猛烈弯曲的棕榈树就是一个流固耦合现象的例子,台风的猛烈载荷感化正在棕榈树上使得树发生了较着扭捏,同时弯曲变形的棕榈树也正在改变它四周的气流流动环境。正在一般环境下,棕榈树的耦合变形对流动的影响不是决定性的,并不会给耦合系统带来严沉的后果。然而,当耦合效应下感化正在布局上的流体载荷力取布局的固有频次很是接近的时候,流体和固体构成的耦合系统就会发生共振,发生灾难性后果。最典型的例子莫过于1940年11月发生正在美国州塔科马海峡的吊桥(Tacoma—NarrowsBridge)崩塌变乱。从手艺角度阐发,大桥取风场构成了耦合系统,耦合形态下风流场发生了必然频次的特殊卡门涡零落现象,而这个频次取耦合系统中的布局固有频次附近,因而系统发生了共振,使得大桥猛烈晃悠曲至崩塌。

  双向耦合仿实思惟。耦合仿实思惟就是遵照多场耦合思惟,是指将分歧工程范畴多个彼此感化的分析阐发,求解一个完整的工程问题。为了便利,此处把取一个工程学科求解阐发相联系的过程叫做一个物理阐发。当一个物理阐发的输入依赖于另一个阐发的成果,那么这些阐发是耦合的。流固耦合的物理场包罗流场阐发和布局阐发,涉及的物理场为流场和应力场。单向流固耦合的思惟考虑流体对固体布局的感化,求解布局应力场必需以求解流场为前提,布局应力场阐发应依赖流场阐发成果。按照物理场的彼此关系,能够将流固耦合。

  第二类问题的特征是两域部门或全数堆叠正在一路,难以较着地分隔,使描述物理现象的方程,出格是本构方程需要针对具体的物理现象来成立,其耦合效应通过描述问题的微分方程来表现。

  流固耦合问题的研究汗青可逃溯到19世纪初,人们对于流固耦合现象的晚期认识源于机翼及叶片的气动弹性问题。气动弹性是研究气动力对固体的感化以及固体对流场的反感化的一门科学,焦点内容就是气流激振问题。弹性体的叶片正在气动力感化下构成气弹耦合的振动,当叶片正在振动位移过程中,从气流中接收的能量大于阻尼功时,振动加剧,颤振发做,也就是凡是所说的失速颤振。叶片颤振涉及气动力特征和叶片固体动力特征,叶片颤振的发生取其工做形态相关。失速颤振发生时,大幅的猛烈振动会使叶片正在短时间内裂断,后果极为严沉。此外,流固耦合问题还正在良多工程手艺范畴获得了研究,例如涡轮机械设想、海岸海洋工程、高层建建工程、流体管输送以及人体动脉流动等‘”,而这些工程范畴的配合特点就是流体载荷对弹性布局的影响十分主要。

  现实上流固耦合问题是场(流场取固体变形场)间的彼此感化:场间不彼此堆叠取渗入其耦合感化通过界面力(包罗多相流的相间感化力等...)起感化,若场间彼此堆叠取渗入其耦合感化通过成立分歧取单相介质的本构方程等微分方程来实现。

  动鸿沟法是目前工程手艺研究范畴利用最普遍的流固耦合求解方式。为了可以或许表征鸿沟的挪动,凡是利用流体方程的肆意拉格朗日—欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,简称ALE)形式。该形式的方程能够间接处置挪动的鸿沟和耦合面(包罗概况),但需要确立一个持续的计较网格挪动体例。动鸿沟法的流固耦合计较次要关心两个方面的问题,即耦合系统方程的时间积分算法和流固耦合面的处置方式。耦合系统的时间积分算法按照物理问题的相对时间标准分为显式算法(Explicit Coupling)和现式算法(Implicit Coupling);耦合面的处置次要是流体和固体子域间的消息传送,需要考虑3个问题:①流体网格取固体网格间的载荷传送;②流体网格取固体网格间的几何变形传送;③分歧时间步长上解的同步问题。因而,按照以上耦合问题的物理特征,有两种求解策略:间接耦合求解(Monolithic/Direct Method)和迭代耦合求解(Partitioned/Iteration/Staggered Method)。

  )取非线性布局动力学。一般利用迭代求解,也就是正在流场,布局上别离求解,正在各个时间步之间耦合迭代,后再向前推进。益处就是各自范畴内成熟的代码稍做点窜就能够使用。此中可能还要涉及一个动网格的问题,因为布局的变形,使得流场的计较域发生变化,要考虑流场网格随时间变形以顺应耦合界面的变形。