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海啸作用下漂浮物行为及对陆上建筑作用力研究

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振动与冲击 2013年第21期32卷 41-46页

作者：景旭斌王欢欢王洪良金先龙上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海核工程研究设计院上海200233

根据实际物理实验,采用ALE(任意拉格朗日欧拉)有限元方法在三维数值波浪水池中模拟了海啸的产生、海啸波的传播,与漂浮物作用以及漂浮物与陆上建筑的撞击。通过将海啸上岸后的波高、与漂浮物的作用力以及漂浮物的速度等数值计算结果与... 详细信息

根据实际物理实验,采用ALE(任意拉格朗日欧拉)有限元方法在三维数值波浪水池中模拟了海啸的产生、海啸波的传播,与漂浮物作用以及漂浮物与陆上建筑的撞击。通过将海啸上岸后的波高、与漂浮物的作用力以及漂浮物的速度等数值计算结果与物理实验结果进行对比,验证了ALE流固耦合有限元方法在研究海啸作用下漂浮物行为方面的可行性。在此基础上进一步分析漂浮物在海啸作用下对陆上建筑的作用力。通过计算发现,漂浮物的质量、撞击速度对作用力起决定性作用,而被撞建筑的刚度对作用力的影响并不大。

关键词：海啸漂浮物流固耦合任意拉格朗日欧拉法三维数值波浪水池

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冲击荷载下大型箱涵输水安全性的数值分析

振动与冲击 2012年第22期31卷 188-192页

作者：崔溦宋慧芳张社荣天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

冲击荷载对大型箱涵输水安全的影响是工程界关注的重要问题,其研究涉及到冲击荷载传播、土—结构物—水相互作用等诸多方面。采用数值分析技术,土与箱涵之间设置接触面单元,水体采用任意拉格朗日欧拉法描述,采用罚方法模拟水与箱涵相互... 详细信息

冲击荷载对大型箱涵输水安全的影响是工程界关注的重要问题,其研究涉及到冲击荷载传播、土—结构物—水相互作用等诸多方面。采用数值分析技术,土与箱涵之间设置接触面单元,水体采用任意拉格朗日欧拉法描述,采用罚方法模拟水与箱涵相互作用,研究了爆炸冲击荷载对大型箱涵输水安全性的影响。研究结果表明:ALE法可以较好揭示土中爆破对输水情况下钢筋混凝土结构物的影响;输水情况下水体能传递荷载到箱涵中墙上,并缓冲冲击荷载对边墙的过大影响,可改善结构整体安全性;有压输水情况对结构物安全影响最为明显。

关键词：大型箱涵爆炸数值分析水与结构物相互作用任意拉格朗日欧拉法输水安全

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圆柱绕流涡致振动的平面湍流数值模拟

浙江大学学报（工学版） 2008年第7期42卷 1111-1114页

作者：任安禄罗雄平邵雪明邓见王焕然浙江大学航空航天学院浙江杭州310027 宁波大学力学与工程科学系浙江宁波315211

为了研究工程中存在的湍流涡致振动问题，应用平面湍流κ-ε模型和重整化群κ-ε模型，结合分块耦合方法及任意拉格朗日欧拉法（ALE）数值模拟了圆柱绕流涡致振动，求解基于非交错网格系统，其中包含满足连续性方程的压力泊松方程解法... 详细信息

为了研究工程中存在的湍流涡致振动问题，应用平面湍流κ-ε模型和重整化群κ-ε模型，结合分块耦合方法及任意拉格朗日欧拉法（ALE）数值模拟了圆柱绕流涡致振动，求解基于非交错网格系统，其中包含满足连续性方程的压力泊松方程解法．计算了湍动能、湍流耗散率、湍流黏性系数及柱面涡量的变化情况．结果表明，当雷诺数为5000～2×10^5时计算所得的阻力系数与实验数据吻合良好．研究发现，在涡致振动情况下的湍流耗散率比固定圆柱涡脱落情况下小得多，湍流黏性系数与雷诺数呈对数律增长．

关键词：湍流涡致振动任意拉格朗日欧拉法圆柱绕流单自由度振动

航空航天用高频高压正弦压力发生器的设计仿真

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上海航天 2019年第3期36卷 130-136页

作者：张忠立倪玉山张进明王灿任学弟秦亭亭刘贝贝徐子翼上海市计量测试技术研究院上海201203 复旦大学航空航天系上海200433

研制高频高压正弦压力发生器,测试航空航天用压力传感器在高频高压工况下的动态性能是确保发动机优化测试和控制系统有效的关键。为解决现有平面扫掠型正弦压力发生器存在频率和压力受限的问题,提出了一种径向活塞式正弦压力发生器的原... 详细信息

研制高频高压正弦压力发生器,测试航空航天用压力传感器在高频高压工况下的动态性能是确保发动机优化测试和控制系统有效的关键。为解决现有平面扫掠型正弦压力发生器存在频率和压力受限的问题,提出了一种径向活塞式正弦压力发生器的原理及结构设计,并进一步基于任意拉格朗日欧拉法进行数值仿真,计算其正弦信号在不同压力和不同工作频率下的动静幅值比与失真度,以及优化压力传感器的安装位置。结果表明:设计的径向活塞式正弦压力发生器应确保0.2~8.0MPa的工作压力和200~10000Hz的正弦压力工作频率,正弦压力动静幅值比优于20%,可应用于航空发动机、汽轮机等领域的动态测试。

关键词：正弦压力动态测试任意拉格朗日欧拉法数值仿真

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滑动导向钻井系统动力学及钻进控制研究

滑动导向钻井系统动力学及钻进控制研究

作者：陈家琦清华大学

学位级别：硕士

滑动导向钻井系统由于其技术成熟且费用低廉,被广泛应用于定向钻井工程中,但大长细比的钻柱与复杂的井底环境使得钻进轨迹难以被准确地预测,且当前的实钻作业严重依赖定向井工程师和司钻的人工经验,由此导致的钻井效率低下的问题亟待解... 详细信息

滑动导向钻井系统由于其技术成熟且费用低廉,被广泛应用于定向钻井工程中,但大长细比的钻柱与复杂的井底环境使得钻进轨迹难以被准确地预测,且当前的实钻作业严重依赖定向井工程师和司钻的人工经验,由此导致的钻井效率低下的问题亟待解决。本文通过多体动力学方法,充分考虑井底复杂环境,提出了分段模型的建模方法,可以快速且准确地评估井底钻具组合(Bottom Hole Assembly,BHA)的导向能力。并且,提出了基于动力学模型的前馈控制系统,控制BHA按照设计轨迹完成钻进,将定向井工程师和司钻的工作自动化,从而实现高效滑动导向钻井的目标。本文研究工作如下:1.应用任意拉格朗日欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法建立了全井段滑动导向钻井系统多体动力学模型,将刚柔耦合的动力学方程与系统约束方程、井眼延伸方程结合,构成系统控制方程,用于计算分析实际控制模式下系统的动力学特性。该方法能够准确地对滑动导向钻井系统进行全井段动力学建模和仿真,计算效率相较基于拉格朗日方法的传统全井段模型有所提高。2.提出滑动导向钻井系统的多体动力学分段建模方法,通过将BHA钻进过程与钻柱平衡过程解耦,大幅降低了钻进过程仿真的系统自由度,在保证精度的同时,极大地提高了恒定控制量工况下的滑动导向钻进仿真计算效率。应用分段模型能够对不同控制工况、地层情况下的各类滑动导向BHA导向能力进行高效且精准的评估,实现了超实时仿真,在工程中具有较高的实用价值。此外,基于分段模型的快速仿真方法亦可推广至传统导向与旋转导向钻井系统中,实现这两类BHA导向钻进过程的快速仿真计算。3.提出一种滑动导向钻井前馈控制系统,该系统基于动力学分段模型,并应用打靶法和拟牛顿迭代法实现前馈控制,通过钻机控制量前馈计算、目标轨迹规划和地层参数校验,能够在钻进开始前给出控制BHA沿目标轨迹钻进的钻机控制量。所提前馈控制系统在已知钻井系统模型参数的情况下,可实现精准且高效的滑动导向自动钻进,为定向井工程师和司钻工作量的自动化提供了一种新途径。最后,通过4组仿真算例和3组模拟试验,对滑动导向前馈控制系统的精确性与高效性进行了验证,计算结果表明其性能指标均能够满足现场作业要求。

关键词：滑动导向钻井系统任意拉格朗日欧拉法分段模型导向能力快速评估前馈控制

基于FLUENT及LS-DYNA的生物瓣膜流固耦合分析

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基于FLUENT及LS-DYNA的生物瓣膜流固耦合分析

作者：申炳申山东大学

学位级别：硕士

心脏是人体的重要器官,心脏瓣膜一旦出现病变就会危及人的生命。目前,更换瓣膜仍是心脏瓣膜病的主要治疗方法。生物瓣膜因具有良好的力学性能而逐渐成为瓣膜置换手术的首选,但仍存在着耐久性方面的问题,主要表现在瓣膜材料的疲劳、破坏... 详细信息

心脏是人体的重要器官,心脏瓣膜一旦出现病变就会危及人的生命。目前,更换瓣膜仍是心脏瓣膜病的主要治疗方法。生物瓣膜因具有良好的力学性能而逐渐成为瓣膜置换手术的首选,但仍存在着耐久性方面的问题,主要表现在瓣膜材料的疲劳、破坏以及钙化现象。利用计算流体力学的方法对生物瓣膜与血液的耦合过程进行分析,获得瓣叶的变形特点及应力分布情况,对研究瓣膜损坏及钙化的原因有重要的理论意义和参考价值。本文根据原生心脏瓣膜的特点,建立了生物瓣膜瓣叶的弹性结构模型和血液不可压缩粘性的流体模型。利用有限体积法和任意拉格朗日欧拉法分别推导血液与瓣叶的流固耦合方程。利用单向流固耦合分析软件FLUENT及双向流固耦合分析软件LS-DYNA对瓣叶与血液的耦合过程进行仿真模拟,加入了血管壁对血液与瓣叶流固耦合的影响,得到了瓣叶变形、表面应力及开口面积变化情况,分别比较泊松比和弹性模量对两种流固耦合分析结果的影响。采用与仿真模型相近的生物瓣膜进行脉动流测试,通过将测试结果中瓣叶的变形及开口面积变化情况与仿真结果比较,评价两种耦合分析方法得到结果的准确性。对比两种耦合分析以及脉动流测试的结果,可以得出:LS-DYNA双向流固耦合分析的结果与脉动流测试的结果更接近,瓣叶在开启过程中开口面积形状近似由三角形逐渐变为圆形,且开启速度在前期较快后逐渐变慢,瓣叶在45ms时完全开启。FLUENT单向流固耦合分析结果在瓣叶变形较小时,与脉动流测试结果近似,当瓣叶变形较大时,发生了一定程度的失真。所以在分析瓣叶与血液耦合这种大变形问题上,采用LS-DYNA双向流固耦合分析更合适。根据LS-DYNA双向流固耦合分析的结果,瓣叶等效应力及剪切应力均主要集中在瓣叶缝合边与自由边的交界处,而最大主应力主要集中在瓣叶的缝合边。泊松比对瓣叶变形和有效开口面积的影响较小,但瓣叶的表面应力会随着泊松比的增大而减小,泊松比为0.45时,瓣叶的力学性能最好。弹性模量的增加会使瓣叶变形及有效开口面积减小,等效应力及最大剪切应力也随着弹性模量的增大而减小,最大主应力随着弹性模量的增大而增大,弹性模量为4Mpa时,瓣叶的力学性能最好。综合考虑应对瓣叶进行处理,以获得较大的泊松比以及较小的弹性模量。本文通过使用FLUENT及LS-DYNA对生物瓣膜与血液的耦合过程进行单向和双向流固耦合分析,并对生物瓣膜进行脉动流测试,得到瓣叶变形及表面应力分布情况。通过对比,得出任意拉格朗日欧拉法双向流固耦合分析结果与测试结果更接近,其结果中也更加真实,对评估生物瓣膜的力学性能有重要参考价值,也为生物瓣膜的设计优化提供了依据。

关键词：生物瓣膜流固耦合任意拉格朗日欧拉法有限体积法脉动流测试

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舱体入水工况参数对冲击特性的影响分析

宇航总体技术 2019年第4期3卷 49-55页

作者：李建阳邢伟宋世鹏周宇虞明根航天工程大学士官学校北京102249 北京特种工程设计研究院北京100028

为分析大型舱体返回入水时入水垂直速度等工况参数对其冲击特性的影响,提出一种基于任意拉格朗日欧拉法的舱体入水过程模拟方法,应用球底结构入水问题理论计算方法验证该模拟方法的有效性。通过对不同入水工况的有限元模拟,分析入水垂... 详细信息

为分析大型舱体返回入水时入水垂直速度等工况参数对其冲击特性的影响,提出一种基于任意拉格朗日欧拉法的舱体入水过程模拟方法,应用球底结构入水问题理论计算方法验证该模拟方法的有效性。通过对不同入水工况的有限元模拟,分析入水垂直速度和入水角度对冲击特性的影响。结果表明本文建立的舱体-流体有限元模型能够有效模拟舱体入水过程,舱体冲击加速度峰值与入水垂直速度成正比,舱体以一定角度入水能够降低入水过程的冲击加速度。研究结果可以为新型舱体的结构设计和入水冲击试验提供指导,从而减少试验次数,缩短开发周期。

关键词：舱体入水任意拉格朗日欧拉法冲击特性

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喷射器内胶液流动数值仿真

电子工业专用设备 2006年第4期35卷 51-54页

作者：李士会何将三邓圭玲中南大学机电工程学院湖南长沙410083

胶液喷射技术现广泛应用于表面贴装工艺领域。在流固耦合仿真中,对流体动边界的处理是一个难点。利用ANSYS流固耦合作用工具FSI及任意拉格朗日欧拉法对胶液喷射器内胶液流动过程进行了研究。得到喷针运动下胶液喷射器内胶液的压力及速... 详细信息

胶液喷射技术现广泛应用于表面贴装工艺领域。在流固耦合仿真中,对流体动边界的处理是一个难点。利用ANSYS流固耦合作用工具FSI及任意拉格朗日欧拉法对胶液喷射器内胶液流动过程进行了研究。得到喷针运动下胶液喷射器内胶液的压力及速度分布,证明了该方法的有效性,并得出喷针运动直接影响胶液喷射技术实现的结论。

关键词：表面贴装工艺胶液喷射分配流固耦合任意拉格朗日欧拉法

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柔索驱动多体系统动力学建模与控制

柔索驱动多体系统动力学建模与控制