大变形固体和层流流动耦合问题的光滑有限元法
发布时间：2021-12-18 09:02
流-固耦合是工程实际中最为常见的一种多物理场耦合类型,它涉及飞行器和建筑结构的气弹问题、高速列车的行车安全性问题、船舶和海洋结构与波浪洋流的相互作用、生物体内血液循环系统等实际工程案例。流-固耦合问题常涵盖复杂的且规模较大的非定常流体流动分析和固体大变形分析,其数值模拟已引起了工程师和学者们的重视,并在近二十几年来进行了广泛的研究。传统的流-固耦合数值模拟方法中常采用有限元法处理固体相,但是有限元法中非结构网格常用的三角形和四面体单元的精度较差,较难适应复杂工程问题。如何改善有限元法中非结构网格的精度,构造一种具有高精度、低计算量和网格划分简单的数值算法成为解决复杂流-固耦合问题的关键技术。近年来,光滑有限元法吸收了无网格法的一些特点,成功地提高了线性三角形和四面体单元的精度。基于复杂流-固耦合工程问题对非结构网格的需求以及光滑有限元对非结构网格的优势,本文研究光滑有限元在流-固耦合问题中应用。本文光滑有限元法不仅仅只在固体相中使用,在流体相中本文也将探究其可行性,然后综合固液两相的光滑有限元法统一求解非定常层流流动和大变形固体的耦合问题。本文的主要工作和研究成果如下:1.依据各种不同...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３海上浮动机场Ｍｅｇａ－Ｆｌｏａｔ实验模型（图片来自互联网）??
’：?．?．??图１．２强风所致列车出轨倾覆（图片来自互联网）??图１．３海上浮动机场Ｍｅｇａ－Ｆｌｏａｔ实验模型（图片来自互联网）??作为“一带一路”的海上分支，“２１世纪海上丝绸之路”无疑离不开海洋船??舶和海洋工程装备的发展。我国虽有较长里程的海岸线和广袤的海洋国土，但是??我国从古至今将自己定义为陆地型国家，对发展海洋军事力量不够重视。近几十??年来，随着我国经济规模日益扩大，国际贸易越来越频繁，国际航运的重要性日??益凸显。而我国长期处于西方国家的岛链封锁之中，并且近年来南海的岛屿争端??问题己经对我国重要战略资源的进口产生了严重影响。因此，我国越来越重视海??洋船舶和海洋工程装备的发展，大批舰船己陆续下水，各种海洋科考实验和海洋??科学研究也正在大范围展开。除了大型舰船
事的主要因素。近年来陆续出现的各种大翼展比的高空无人机、太阳能飞机和清??洁绿色客机，再次将该问题带入了人们的视野。大翼展比机翼在飞行时会产生显??著的弯曲扭转形变。图１．４中“太阳神”无人机的失事飞行中的三个时刻，该机??机翼在飞行的不同阶段变形差别很大，最终在某个变形下产生了颤振导致飞机失??事。因此大翼展比飞机的颤振问题需要进行复杂的几何非线性大变形的气动弹性??分析。而旋转翼飞行器的气动弹性分析和涡轮叶片气动弹性分析是流－固耦合中更??为复杂的航空工程案例。??ｉｐ?；?一翻??图１．４ＮＡＳＡ?“太阳神”大翼展太阳能无人机飞行中的机翼变形至破坏过程（图片来自互联网）??我国人口众多，高层建筑因占地少居住人数多而成为主要城市建筑结构。不??１?ＣＦＬ３Ｄ?官网网址：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｎ３ｄ．ｌａｒｃ．ｎａｓａ．ｇｏｖ??２?ＦＵＮＳＤ?官网网址：ｈｔｔｐｓ：／／ｆｕｎ３ｄ．ｌａｒｃ．ｎａｓａ．ｔｉｏｖ??３?ＦＵＮ３Ｄ?官网网址：ｈｔｔｐｓ：?＾ｏｖｃｒｎｏｖｖ．ｈｉｒｃ．ｎｉｉＳｃｉ．＾ｏＮ??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]物质点法的理论和应用[J]. 廉艳平,张帆,刘岩,张雄. 力学进展. 2013(02)
[2]流固耦合理论与算法评述[J]. 陈锋,王春江,周岱. 空间结构. 2012(04)
[3]Selective Smoothed Finite Element Method[J]. T. T. Nguyen,K. Y. Lam. Tsinghua Science and Technology. 2007(05)
[4]流固耦合力学概述[J]. 邢景棠,周盛,崔尔杰. 力学进展. 1997(01)
博士论文
[1]有限元法与光滑粒子法的耦合算法研究[D]. 肖毅华.湖南大学 2012
[2]高速列车流固耦合计算方法及动力学性能研究[D]. 李田.西南交通大学 2012
[3]薄壁结构流固耦合数值模拟及计算方法研究[D]. 王文全.昆明理工大学 2008
[4]成型充填过程中非等温非牛顿粘性流动的ALE有限元与无网格自适应耦合模拟[D]. 段庆林.大连理工大学 2007
[5]虚拟区域法在波浪与结构物相互作用中的应用[D]. 及春宁.天津大学 2005
本文编号：3542072
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３海上浮动机场Ｍｅｇａ－Ｆｌｏａｔ实验模型（图片来自互联网）??
’：?．?．??图１．２强风所致列车出轨倾覆（图片来自互联网）??图１．３海上浮动机场Ｍｅｇａ－Ｆｌｏａｔ实验模型（图片来自互联网）??作为“一带一路”的海上分支，“２１世纪海上丝绸之路”无疑离不开海洋船??舶和海洋工程装备的发展。我国虽有较长里程的海岸线和广袤的海洋国土，但是??我国从古至今将自己定义为陆地型国家，对发展海洋军事力量不够重视。近几十??年来，随着我国经济规模日益扩大，国际贸易越来越频繁，国际航运的重要性日??益凸显。而我国长期处于西方国家的岛链封锁之中，并且近年来南海的岛屿争端??问题己经对我国重要战略资源的进口产生了严重影响。因此，我国越来越重视海??洋船舶和海洋工程装备的发展，大批舰船己陆续下水，各种海洋科考实验和海洋??科学研究也正在大范围展开。除了大型舰船
事的主要因素。近年来陆续出现的各种大翼展比的高空无人机、太阳能飞机和清??洁绿色客机，再次将该问题带入了人们的视野。大翼展比机翼在飞行时会产生显??著的弯曲扭转形变。图１．４中“太阳神”无人机的失事飞行中的三个时刻，该机??机翼在飞行的不同阶段变形差别很大，最终在某个变形下产生了颤振导致飞机失??事。因此大翼展比飞机的颤振问题需要进行复杂的几何非线性大变形的气动弹性??分析。而旋转翼飞行器的气动弹性分析和涡轮叶片气动弹性分析是流－固耦合中更??为复杂的航空工程案例。??ｉｐ?；?一翻??图１．４ＮＡＳＡ?“太阳神”大翼展太阳能无人机飞行中的机翼变形至破坏过程（图片来自互联网）??我国人口众多，高层建筑因占地少居住人数多而成为主要城市建筑结构。不??１?ＣＦＬ３Ｄ?官网网址：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｎ３ｄ．ｌａｒｃ．ｎａｓａ．ｇｏｖ??２?ＦＵＮＳＤ?官网网址：ｈｔｔｐｓ：／／ｆｕｎ３ｄ．ｌａｒｃ．ｎａｓａ．ｔｉｏｖ??３?ＦＵＮ３Ｄ?官网网址：ｈｔｔｐｓ：?＾ｏｖｃｒｎｏｖｖ．ｈｉｒｃ．ｎｉｉＳｃｉ．＾ｏＮ??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]物质点法的理论和应用[J]. 廉艳平,张帆,刘岩,张雄. 力学进展. 2013(02)
[2]流固耦合理论与算法评述[J]. 陈锋,王春江,周岱. 空间结构. 2012(04)
[3]Selective Smoothed Finite Element Method[J]. T. T. Nguyen,K. Y. Lam. Tsinghua Science and Technology. 2007(05)
[4]流固耦合力学概述[J]. 邢景棠,周盛,崔尔杰. 力学进展. 1997(01)
博士论文
[1]有限元法与光滑粒子法的耦合算法研究[D]. 肖毅华.湖南大学 2012
[2]高速列车流固耦合计算方法及动力学性能研究[D]. 李田.西南交通大学 2012
[3]薄壁结构流固耦合数值模拟及计算方法研究[D]. 王文全.昆明理工大学 2008
[4]成型充填过程中非等温非牛顿粘性流动的ALE有限元与无网格自适应耦合模拟[D]. 段庆林.大连理工大学 2007
[5]虚拟区域法在波浪与结构物相互作用中的应用[D]. 及春宁.天津大学 2005
本文编号：3542072
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