流固耦合分析

摘要： 以某石化企业的丙烷球形储罐为研究对象,在ANSYS Workbench平台上充分考虑球罐的几何完整性和风载荷分布不均匀性,进行流固耦合计算分析。具体方法是先对球形储罐的外部空气流场进行三维数值模拟得到绕流流场分布,然后将流场计算结果加载到球形储罐外表面,进行结构静力学分析。结果表明:风在球形储罐附近发生绕流时,流速先增大后减小,并在球壳和支柱背风面形成漩涡,流动分离的位置随风速增大向后推迟;风流在球形储罐迎风面形成正压区,在非迎风面形成负压区,球壳迎风面风压呈同心圆环形对称分布,由中心向边缘风压逐渐减小;球形储罐在风载荷作用下的应力较设计工况下的显著增大,经应力线性化分析和强度校核,该球形储罐满足标准要求。

摘要： 针对复杂的摘棉过程进行分析同时对气力输送系统进行数值建模。采用Fluent软件中的滑移网格与UDF来控制采棉装置中各个部分的运动并实现运动过程中的流场分析,通过网格的动态变化来模拟内部的流场变化。结果表明:运动到2.5 s、不同的出口速度时,吸力输棉装置的入口速度对采棉装置内部流场的影响较大,需要合理控制吸力输棉装置速度才能输送籽棉;同时在满足籽棉气力输送条件时出口速度最小为25 m/s时,采棉装置内部的速度和压力云图分布较为均匀;在输棉区域中,气流方向与脱棉刷方向相同的时候速度更大,有利于籽棉的输送。采棉装置数值建模和流场分析方法能够为之后的设计与优化提供参考。

摘要： 以往轴向迷宫密封设计时多借鉴旋转迷宫密封的研究成果,而对于轴向迷宫密封,其内部流体变化形式存在较大区别。为探讨轴向迷宫密封流场分布和泄漏特性,对某型号迷宫压缩机活塞气缸部位采用的齿形轴向迷宫密封结构进行研究。建立该轴向迷宫密封结构的三维模型,对迷宫密封泄漏特性进行流固耦合分析,分析迷宫密封流体域内压力分布、流场分布及结构变形量的变化规律。结果表明:该轴向迷宫密封齿形结构的设计,能够有效地将流体压力能转换为湍动能,通过逐级能量损耗而实现密封;迷宫密封结构在入口处发生最大变形,流体出口处活塞气缸总变形量降低。将该轴向迷宫密封结构应用于压缩机进行实验测试,表明气缸与活塞之间的密封性能良好,为轴向迷宫密封的结构设计与应用提供理论支撑。

摘要： 对海流发电机的叶片进行强度校核以及优化有助于提升海流发电机的工作效率。利用CFX对模型进行强度校核与流固耦合分析。通过分析,了解叶片的应力状况、压力分布以及叶片结构变形和等效应力分布,为叶片尺寸和主体结构的优化提供优化方向。最后得出海流发电机叶片的各项合理数值。

摘要： 挪威Hyttejuvet坝为加快心墙孔隙水压力消散,在施工过程中减小心墙宽度,致使心墙结构异变,初次蓄水后出现水力劈裂现象。为探究这种结构突变对形成水力劈裂的影响,采用离心模型试验,重点模拟心墙突变段在施工期和蓄水期的应力状态,成功再现心墙坡比突变处水力劈裂现象。试验结果表明:由于填筑土料力学特性及固结发展,心墙和坝壳两种介质接触面附近形成拱效应,初次蓄水期水压力又侧向加荷,导致局部出现竖向应力小于水平应力的应力偏转现象。基于Geostudio渗流-应力耦合模块,建立土石坝模型,分析不同形态心墙上游面发生水力劈裂的危险位置。数值模拟研究表明:突变段心墙拱效应最为显著,无突变心墙则在高程85 m以上拱效应显著,且坡比越小,抗水力劈裂破坏能力越弱。

摘要： 为了解载重55 t的某型号铝合金运油半挂车在经过减速带路况下罐内液体对罐体及防浪板的影响,通过有限元模型,分析了注水后罐体及防浪板的流固耦合作用.为确定罐体和防浪板是否满足强度要求,分别提取罐体内壁及防浪板上应力较大的区域,当载重罐车驶过减速带路况时对其进行动态测试,并根据试验路段的加速度信号生成油罐车的随机振动载荷谱,预测该油罐车的疲劳寿命.结果表明:该型号油罐车损伤热点处的最低疲劳寿命为26 230.83 h,满足4×10^(5)km的行驶要求.

摘要： 本文设计了一种新型基于窄带物联网LoRa通信机制、自组无线网的可抛弃式微型浮标,能解决目前浮标存在的通信传输不稳定、采集精度低、体积大、成本高等普遍性问题。该浮标可大量放置,不回收,随海流漂移,可按设定周期向云端服务器发送海流位置、流速和浪高等参数。文中首先介绍了带减摇鳍和舵叶的微型浮标的结构设计和通信网络设计,然后通过ANSYS Workbench对微型浮标优化前后的结构进行流固耦合仿真;最后对浮标进行了水槽试验,通过流固耦合仿真和水槽试验证明带减摇鳍和舵叶的微型浮标稳定性强,能较好地反映水动力学参数,对监测海洋表层流水动力参数有一定应用价值。

摘要： 本文设计了一种新型基于窄带物联网LoRa通信机制、自组无线网的可抛弃式微型浮标,能解决目前浮标存在的通信传输不稳定、采集精度低、体积大、成本高等普遍性问题.该浮标可大量放置,不回收,随海流漂移,可按设定周期向云端服务器发送海流位置、流速和浪高等参数.文中首先介绍了带减摇鳍和舵叶的微型浮标的结构设计和通信网络设计,然后通过ANSYS Workbench对微型浮标优化前后的结构进行流固耦合仿真;最后对浮标进行了水槽试验,通过流固耦合仿真和水槽试验证明带减摇鳍和舵叶的微型浮标稳定性强,能较好地反映水动力学参数,对监测海洋表层流水动力参数有一定应用价值.

摘要： 利用Pro/E建立了混凝土搅拌车罐体的简化模型,导入有限元软件ABAQUS进行数值分析,模拟搅拌时的流场和流速的空间分布以及罐体外壳及搅拌叶片的应力分布.通过CEL(耦合欧拉-拉格朗日)分析,模拟了搅拌车进料、搅拌、出料三种动态过程.研究表明,在常规运输情况下,叶片的搅拌速度能够保证混凝土的均匀性,但罐体外壳和搅拌叶片在进料及出料工作状态下容易屈服.

摘要： 由于无人机旋翼叶片的复杂几何形状及其空气动力学性能对其三维外形的高灵敏度,当前小型无人机旋翼叶片的优化设计普遍存在由维度灾难(Curse of Dimensionality)带来的高计算成本的问题.为了解决这一问题,提出了一种基于类函数/形状函数变换方法(Class/Shape Function Transformation)的高效三维叶片参数化模型;建立了高精度计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)模型,与实验数据相比,所有转速下旋翼推力的仿真结果的误差在5％以内;基于仿真数据构建了旋翼扭矩和推力的高保真自扩展自适应混合代理模型(Extended Adaptive Hybrid Functions);应用了遗传算法(Genetic Algorithm)执行以悬停推力水平为约束,最小化旋翼扭矩为目标的旋翼外形优化设计.与基于翼型E387的原旋翼相比,优化模型的扭矩减少12.5％,悬停效率提高了8.32％,总重相对减少24.23％.最终,对优化后的旋翼叶片进行了流固耦合分析以验证其结构安全性与上述优化框架的可行性.

摘要： 依据某发动机装药结构,采用流固耦合方法和动边界模型,研究发动机点火过程对药柱的冲击影响.研究表明:通过瞬态流场计算,获得发动机在点火过程中药柱表面压力以及药柱表面压力梯度分布对应时刻;通过在粘弹性本构模型的基础上,完成点火冲击下药柱流固耦合分析,得到药柱对应时刻下的应力应变分布,验证流固耦合方法在点火冲击作用下药柱结构完整性分析的适用性.

摘要： 通过平面折展机构这一新型柔性机构,设计自适应可变机翼,实现较大尺度地改变可变机翼截面几何构型(翼型弯度、攻角、厚度…),从而使大跨度飞行的飞机在不同的外部飞行环境下都具有较优的气动性能.本文研究的对象是高高空长航时无人机,针对高高空无人机机翼的气动特点,挑选合适翼型,寻优出平面折展机构在翼面上的分布位置以及折展机构自身的构型,用MATLAB寻优出最佳的柔性机构的分布位置和自身构型,最后针对设计好的可变翼型,利用ANSYS进行流固耦合分析,确定所设计的可变机翼在稳定状态下的气动性能.

摘要： 本文运用有限元计算软件ABAQUS结合CEL流固耦合分析的显式动力学分析方法,从不同材料网格特性、相互接触关系、流体状态方程与结构动力学方程等方面出发,真实模拟地震作用下燃料厂房中的水与结构的相互作用,计算结果与目前工程设计中采用的简化计算结果进行对比,检验简化计算方法在燃料厂房内部水池流固耦合计算获得的配筋方案的可靠性.

摘要： 本文基于有限容积法(Finite Volume Method,FVM)与有限元法(Finite Element Method,FEM)对不同热流密度、工质流速与位移荷载情况下塔式太阳能熔盐吸热器内单根吸热管的温度场与应力场进行了流固耦合分析.模拟分析温度场时,通过用户定义函数(User-Defined Function,UDF)对吸热管外壁面一侧施加符合正态分布形式的非均匀热流密度作为热分析模型的边界条件.结果表明,吸热管温度随着热流密度的增加而升高,增大入口流速可降低吸热管温度水平且分布越均匀;过高的热流密度不仅会导致吸热管结构整体发生屈服,还会增加其形变程度;增加工质进口流速,且在工程设计过程中允许吸热管在轴向方向释放一定量的热膨胀量有助于降低吸热管整体应力水平,防止产生塑性变形;应加强吸热管端面的保护措施.

摘要： 在地震作用下,储罐内的储液晃动易导致罐体或支撑结构的损坏或破裂,为研究地震下储液晃动效应的影响,以压水堆核电站辅助给水系统的给水储罐为研究对象,采用ANSYSCFX进行地震激励下的流固耦合时程分析,将计算得到的液体晃动周期、晃动波高及倾覆弯矩与ASCE 4-98规范对比,结果吻合良好.分析证明ANSYSCFX流固耦合方法可用于进行地震激励下的储罐液晃仿真分析.

摘要： 本文应用有限元程序CAST3M对含有自由液面的结构进行分析计算。采用模态叠加法分别对二维及三维结构进行模态分析及累计模态质量的计算,得到不同模态类型的累积模态质量分布规律。

摘要： 采用三维岩土工程数值分析软件ZSOIL.PC的流固耦合计算功能以及小应变硬化土模型对757项目基坑开挖、底板凿除、降承压水的全过程进行分析,预测降承压水对周边环境的影响,并根据分析结果评价施工方案的可行性.计算结果表明,降承压水引起邻近宝华项目沉降最大不超过11.9mm,所采用的降水方案是可接受的.实测结果表明,降承压水引起宝华项目最大沉降不超过7.6mm.可见采用ZSOIL.PC可较好地预测降承压水对周边的环境影响.

摘要： 采用三维岩土工程数值分析软件ZSOIL.PC的流固耦合计算功能以及小应变硬化土模型对757项目基坑开挖、底板凿除、降承压水的全过程进行分析,预测降承压水对周边环境的影响,并根据分析结果评价施工方案的可行性.计算结果表明,降承压水引起邻近宝华项目沉降最大不超过11.9mm,所采用的降水方案是可接受的.实测结果表明,降承压水引起宝华项目最大沉降不超过7.6mm.可见采用ZSOIL.PC可较好地预测降承压水对周边的环境影响.

摘要： 采用三维岩土工程数值分析软件ZSOIL.PC的流固耦合计算功能以及小应变硬化土模型对757项目基坑开挖、底板凿除、降承压水的全过程进行分析,预测降承压水对周边环境的影响,并根据分析结果评价施工方案的可行性.计算结果表明,降承压水引起邻近宝华项目沉降最大不超过11.9mm,所采用的降水方案是可接受的.实测结果表明,降承压水引起宝华项目最大沉降不超过7.6mm.可见采用ZSOIL.PC可较好地预测降承压水对周边的环境影响.

摘要： 采用三维岩土工程数值分析软件ZSOIL.PC的流固耦合计算功能以及小应变硬化土模型对757项目基坑开挖、底板凿除、降承压水的全过程进行分析,预测降承压水对周边环境的影响,并根据分析结果评价施工方案的可行性.计算结果表明,降承压水引起邻近宝华项目沉降最大不超过11.9mm,所采用的降水方案是可接受的.实测结果表明,降承压水引起宝华项目最大沉降不超过7.6mm.可见采用ZSOIL.PC可较好地预测降承压水对周边的环境影响.

摘要： 本发明公开了一种柔性结构‑空腔组合系统流固耦合混合建模方法，包括采用柔性结构模态数据建立结构动力学模型，采用理想气体状态方程建立空腔空气动力学模型；采用流量连续性和气体热力学方程建立结构和空腔耦合模型；采用伯努利方程建立柔性结构上连通孔的流速与压强变化关系；采用柔性结构实测或仿真得到的外部气动载荷作为耦合模型输入条件，采用插值积分法将外部气动载荷映射到结构测点上，基于以上流固耦合模型进行柔性结构‑空腔组合系统的动力响应分析；本发明可研究柔性结构‑空腔组合系统在外部激励下的流固耦合综合性能，包括受力、位移、速度、加速度及空腔压力变化，为复杂柔性结构‑空腔组合系统流固耦合设计提供高效分析方法。

摘要： 本发明公开了一种空泡与软材料流固耦合效应的动态分析系统，包括用于通过柔性材料和去离子水模拟人体环境的环境水箱；用于对所述环境水箱内的所述柔性材料的表面附近产生的空泡脉动行为以及在空泡作用下柔性材料的状态进行图像捕捉的行为捕捉机构；用于获取表征所述柔性材料在边缘产生空泡脉动行为时的应变场的图像的实时应变机构；以及用于对所述行为捕捉机构和所述实时应变机构获取的图像进行流固耦合行为分析，获得高时空分辨率的空泡脉动与软材料同步应变场结果的分析模块。本发明为非接触式的高时空分辨率的动态分析实验系统，实现了对具有力学性能和软材料边界条件下的空泡脉动与界面非线性变形同步观测与分析。

摘要： 本发明涉及一种基于流固耦合的直齿轮弹流润滑仿真分析方法，属于计算机辅助设计技术领域，采用流固耦合的方法针对直齿轮齿面不同啮合位置精准建模并进行弹流润滑分析，所述方法包括以下步骤：步骤1：针对直齿轮啮合位置进行模型等效；步骤2：针对直齿轮齿面不同啮合位置精准建模；步骤3：绘制模型有限元网格；步骤4：将真实齿轮齿面粗糙度写入模型；步骤5：根据齿轮真实工况设置仿真模型边界条件；步骤6：模型后处理；步骤7：验证与归纳。本发明创造性地采用流固耦合的方法针对直齿轮齿面不同啮合位置进行弹流润滑分析，更加真实地反映齿轮齿面不同啮合位置润滑的实际情况，为提供高质量的喷油润滑设计方案提供帮助。

摘要： 本发明涉及一种基于等几何分析的心脏瓣膜流固耦合快速仿真方法，包括步骤一：优化流体子问题：简化流体子问题的背景网格，基于简化后的网格生成Bézier四面体背景网格，使用几何无关场近似思想求解流体子问题；步骤二：优化固体子问题：将固体子问题中使用的NURBS曲面使用策略剖分成分片NURBS曲面；步骤三：使用增广动态拉格朗日乘子法耦合流固子问题；步骤四：求解流固耦合问题并分析结果，在心脏瓣膜计算机仿真过程中使用本文提出的方法对问题进行优化，可以在保证一定精度的情况下提高仿真程序的效率。与近年来相关的研究相比，本发明中的心脏瓣膜优化仿真算法速度快49％左右。

摘要： 本发明公开了一种基于流固耦合的瓦斯抽采影响因素分析方法，所述方法包括如下步骤：首先煤岩可假设为由煤基质孔隙及裂隙构成的一种双孔隙度、单渗透率的弹性介质。在瓦斯抽采过程中，随着煤层瓦斯压力的降低，基质孔隙中的吸附瓦斯解吸为游离瓦斯，通过扩散作用运移至裂隙中，经裂隙渗流至钻孔中，根据煤层瓦斯的运移规律，建立基于流固耦合的瓦斯抽采模型，借助comsol multiphysics数值模拟软件，结合某矿工作面实际条件进行数值模拟分析，得出影响瓦斯抽采效果的主控因素。本发明所述分析方法基于某矿工程地质背景，结合瓦斯抽采过程中的瓦斯运移规律，建立瓦斯抽采流固耦合模型，并对不同瓦斯抽采方案进行数值模拟，为煤矿瓦斯治理提供理论依据。

摘要： 本发明公开了一种车用部件热‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法及存储介质，其包括如下步骤：步骤一，基于车用部件的几何数据和使用工况建立有限元模型，赋予有限元模型材料属性和热‑固耦合的仿真参数得到热‑固耦合瞬态仿真分析模型，仿真计算得到车用部件温度场；步骤二，基于流体工况建立CFD瞬态仿真分析模型，将车用部件温度场施加到CFD瞬态仿真分析模型中进行热‑流仿真分析，得到对流换热系数；步骤三，将对流换热系数对应施加到热‑固耦合瞬态仿真分析模型中，得到热‑固‑流耦合瞬态仿真分析模型，仿真计算得到车用部件应力和温度的分布结果。其能够提高车用部件多场耦合的仿真精度，能够真实、准确模拟车用部件应力、温度随时间变化情况。

摘要： 一种核反应堆燃料熔化熔融物迁徙行为流固耦合分析方法，步骤如下：1、对反应堆核燃料进行初始建模，用粒子构成核燃料的各个组成部分；2，推进一个稳定性条件确定的时间步长；3，对于流体粒子，显式计算动量守恒方程中的重力项、粘性项、表面张力项和拖曳力项，得到估算速度和位置；4，隐式计算流体粒子的压力梯度项，修正速度和位置；5，计算流固耦合界面上固体粒子的拖曳力项与重力项；6，检索固体粒子之间的相互作用，采用摩擦力模型进行控制，移动固体粒子到达计算位置；7，输出结果，推进时间步长直到模拟结束。本方法能够对迁徙行为中的所有现象进行模拟，充分考虑流固耦合作用与固体之间的相互作用，计算符合物理实质，具有极高准确度。

摘要： 本发明公开一种柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析方法，包括基于γ‑Reθ湍流模型的流体力学计算模块，基于M3D3三角形膜单元和N‑R迭代法的固体力学计算模块，以及基于几何重构法的流固耦合分析模块。达到的技术效果为：能够对低雷诺数条件下的柔性蒙皮机翼气动力进行高精度计算；能够对低雷诺数流动特有的层流分离、转捩、再附位置进行较高精度预测；能够对四边固支的预张拉蒙皮薄膜变形量进行高精度分析；能够实现流体计算模块与固体计算模块信息的自动交换；采用几何重构法实现计算迭代，以此代替动网格构建过程；该分析方法可广泛应用于1×105～5×105雷诺数范围内的柔性蒙皮机翼流固耦合分析，且对升阻系数、变形量的预测误差不高于5％。

摘要： 本发明公开了一种风力发电机叶片流固耦合分析方法，其包括：步骤S1：根据叶片的原始外形参数和原始翼型三维坐标点建立叶片的原始三维模型C0；步骤S2：根据叶片的原始三维模型C0，使用CFD仿真软件计算风机流场，使用CAE结构分析软件得到叶片结构变形；步骤S3：通过载荷映射以及叶片变形量建立联系，进行迭代求解，得到叶片的载荷及变形量。本发明具有原理简单、易操作、精度高等优点。

摘要： 本发明公开了一种用于板形核燃料堆芯的跨维度流固耦合分析方法，通过降低维数和简化模型减少计算量，实现面向全堆芯的高效的耦合计算；步骤如下：1、将三维板形核燃料元件沿堆芯高度方向划分成二维燃料切片；2、对单个元件的切片进行复制、平移、旋转、组合成堆芯几何；3、对二维燃料切片建立固体域网格，并对简化的一维流道建立流体域网格；4、针对全堆芯的二维燃料切片进行并行的固体域计算；5、对各个流道内的流体进行并行的一维单通道模拟；6、完成当前时间步计算后，获取燃料切片边界上和流体域节点上需要耦合交互的数据；7、交换固体域与流体域的耦合数据，并使用耦合后的数据进行计算；8、重复步骤4到步骤7直到时间步达到计算需要的时长。