流固耦合應(yīng)用研究進(jìn)展

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1、第18卷第2期濟南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.18No.22004年6月JOURNALOFJINANUNIVERSITY(Sci.&Tech1)Jun.2004文章編號:1671-3559(2004)02-0123-04流固耦合應(yīng)用研究進(jìn)展郭術(shù)義,陳舉華(山東大學(xué)機械工程學(xué)院,山東濟南250061)摘要:流固耦合力學(xué)是一門新興學(xué)科。本文簡要介紹了該阿拉伯輸油管道振動的分析[1]。管道在眾多的工業(yè)學(xué)科的典型應(yīng)用進(jìn)展情況,總結(jié)了各種研究中的典型方程、領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛,作用極其重要。但是,在管道數(shù)值解法,展望了

2、進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。內(nèi)流體流動狀態(tài)的微弱變化往往引起在工作過程中關(guān)鍵詞:流固耦合;數(shù)值模擬;展望的湍振現(xiàn)象,誘發(fā)流體、管道之間的耦合振動,動力中圖分類號:O35112;O34717文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A學(xué)行為相當(dāng)復(fù)雜。這使得人們很早就開始了這方面[2]的研究,PaidoussisMP是其中最具有代表性的。流固耦合力學(xué)是一門比較新的力學(xué)邊緣分支,輸流管道的振動問題之所以能引起學(xué)者的興趣,除是流體力學(xué)與固體力學(xué)二者相互交叉而生成的。它因為該問題的廣泛工業(yè)背景和現(xiàn)實意義之外,還因的研究對象是固體在流場作用下的各種行為以及固為

3、輸流管道雖然是最簡單的流固耦合系統(tǒng),但它卻體變形或運動對流場的影響。流固耦合力學(xué)的重要涉及了流固耦合的大多數(shù)問題,并且它的物理模型特征是兩相介質(zhì)之間的相互作用:固體在流體動載簡單,系統(tǒng)比較容易實現(xiàn),因而便于理論與試驗的相荷作用下產(chǎn)生變形或運動,而固體的變形或運動又互協(xié)同。反過來影響到流場,從而改變流體載荷的分布和大考慮因素側(cè)重面的不同,輸液管道非線性運動小?？傮w上,流固耦合問題按耦合機理可分為兩大[3-5]方程有幾種類型,它們之間有一定的差別。它類:一類的特征是流固耦合作用僅僅發(fā)生在流、固兩們的基本假設(shè)都是:

4、流體無粘且不可壓;管道作為梁相交界面上,在方程上耦合是由兩相耦合面的平衡模型來處理;管道只是在平面內(nèi)振動。盡管輸流管及協(xié)調(diào)關(guān)系引入的;另一類的特征是流、固兩相部分道的非線性動力問題受到50多年極為廣泛的研究,或全部重疊在一起,耦合效用通過描述問題的微分但至今尚沒有一個公認(rèn)的模型。文[6]建立的4個方程來實現(xiàn)。本文就流固耦合問題的兩大分類中三獨立變量(軸向位移、橫向位移、流速和壓力)的全耦種基本情況進(jìn)行了討論。合模型(耦合形式包含摩擦耦合、Poisson耦合、結(jié)合1流固耦合典型應(yīng)用部耦合以及管道軸向和橫向運動的

5、耦合)在眾多的非線性分析模型中是一個較為完整的模型。流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、2m¨u+mf[υ?f(1+u′)+2υf?u′+υfu″+ω?υ′f]+?P(υf+石油、化工、海洋以及生物領(lǐng)域都有著十分重要的意22?u)/cF-[(1-2υ)P(1+u′)]′+4fρρf′·υf/DK-gmf義。如液體晃動對火箭飛行穩(wěn)定性的影響,大型貯(1-2υ)(1+u′)ω′-EI(7ω″ωê+ω′ωê)-EAp(2u″液管在地震激勵作用下產(chǎn)生的流固耦合作用,液體+6u′u″+2ω′ω″)/2=0(1)

6、湍振對輸液管道的影響。本文就如下三個大方面進(jìn)22mω¨+mf[υ?f(1+ω′)+2υωf?′+υfu″+ω″υf]+?P(υf+行了總結(jié)。2ω?)/cF-[(1-2υ)Pω′]′-gm+EIω″″-EI(uê′ω′+1.1輸流管道流固耦合6u″ωê+4u′ωê′)-EAp(u″ω′+u′ω″)=0(2)流體引起輸流管道振動的研究最初來源于橫跨2?P/cF+mf[(1-2υ)(?u+υf)u″-?u′+υ′f]-mf(1-2υ)(?u′+u′?u′+ω′ω?′)=0(3)收稿日期:2003-12-03基金項目

7、2:山東省科學(xué)技術(shù)發(fā)展計劃資助項目(012050107);山P′+mf(¨u+υ?f)+mωf¨ω′+gmfω′+Dfρυff/2=0(4)東省自然科學(xué)基金資助項目(Y2002F19)隨著對輸流管道問題研究的深入,各種不同的作者簡介:郭術(shù)義(1971-),男,山東濟南人,山東大學(xué)機械工程學(xué)院博士研究生。分析計算方法也相繼被提出。其中有限元法(FEM)124濟南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第18卷是應(yīng)用最為廣泛的一種數(shù)值方法。文[7]用FEM法件通常都是用于結(jié)構(gòu)分析的,在流固耦合分析方面,求得了載流在流速超過臨界流速

8、之后的振幅、主頻尤其是當(dāng)流體具有較大自由表面,且考慮可壓縮性率和振形,所得結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好。傳遞矩時,就很難用這些通用軟件進(jìn)行精確的分析。陣法(TMM)在振動工程中一直是一種行之有效的方由于流固耦合系統(tǒng)的復(fù)雜性,其求解主要立足法。與FEM相比,其傳遞矩陣維數(shù)不隨單元的增加于數(shù)值分析。起初人們自然想到的是用位移法結(jié)構(gòu)而增加,恒保持為7維,這正是它的優(yōu)越性所在。最分析的通用程序來求解耦合問題,不同