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水彈性

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創建者：futuregazer 創建時間：2018-04-18
水彈性圖1

水彈性的實例教程

流體用邊界元形式，但邊界考慮了流固耦合，屬于氣彈性（aero-elasticity）和水彈性（hydro-elasticity）的范疇，一直覺得照原理來說應該比下面的虛擬質量法來算濕模態更準，和做水彈性的專家聊過，實際上水彈性都還是基于干結構的模態基展開來計算結構動響應，所以輸入的是干結構的模態分析后處理文件，程序內部應該沒有計算濕模態，水彈性和氣彈性還是只計算流體載荷，不是算結構振動的。 b. 流體用聲學有限元形式，然后用Nastran的glue或者Abaqus的Tie和結構有限元綁定，此時流體的壓力會作為外載荷作用到結構上，耦合面結構的加速度也會作為聲學有限元的邊界，即前面聲學有限元章節中的Inward volume acceleration。這種方法從原理上來說也比下面的虛擬質量方法更加正確，但建模相對復雜，譬如如果是水域的話，見過外面的流體域大概取到結構體的6倍以上共振頻率解才能穩定，這樣導致網格量大大上升，所以在工程上反而不夠實用。 （2）另一種結構的變形不會導致流體載荷的變化，譬如海浪中一塊小木板的變形不會對波浪載荷有影響，即單向耦合。也就是當kl<<1，此時結構體相對于流體載荷中的波長可忽略。此時流體假定不可壓、無粘，可以用勢流理論的邊界元表示流體，然后流體的作用等效為虛擬質量加到結構質量上，而流體對結構的剛度陣的影響忽略，至于和上面的氣彈性或者水彈性的邊界元+結構有限元的方法的不同，有可能僅在耦合邊界的處理上，這邊只有單向的流體對結構的壓力傳遞，而上面的是雙向的，僅猜測，不一定對。這種方法雖然理論上不如上面的流固雙向耦合精確，但流體只要建一層邊界就行，所以工程上相對更實用。
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薄膜閥的流固耦合模擬 流量計流固耦合模擬：速度場和壓力場分布 ADINA FSI 強大的自適應網格功能模擬流固耦合中的大變形 ADINA FSI自適應網格 ADINA模擬水電站水與渦輪葉片相互作用時廠房的振動 ADINA FSI模擬心臟的流固耦合 應用領域： 水庫、大壩 油氣開采 石油管道 儲液罐 水彈性 充液結構爆炸 橋墩 機械氣動彈性 船舶 航空航天 人工肺 心臟 血液流動 燃油泵 閥門
功能模塊 Tdyn CFD+HT 模塊 Ransol模塊，流體動力學求解器 Heatrans模塊，傳熱分析 Advect模塊，質量和組分的傳輸 Ursolver 模塊，通用 ( 用戶定義的 ) 微分方程求解器 Alemesh模塊，網格重分 RamSeries模塊 Basic模塊，線性靜力分析 Dynsol 模塊，動力 ( 模態和直接 ) 分析 Composite模塊，復合材料層合計算工具 Non-linear模塊，非線性，沖擊等先進分析工具 Coupling模塊，隱式流-固結構耦合求解器 SeaFEM模塊 基本模塊，時域多體線性輻射衍射求解器 高級模塊，二階輻射衍射求解器和水彈性分析
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Nastran靜力分析 　◆ 含慣性釋放的靜力分析 　　　◎ 自由結構的準靜態響應 　◆ 非線性靜力分析 　　　NASTRAN屈曲分析 　 　◆ 線性屈曲 　◆ 非線性屈曲 　　　◎ 三種弧長法 　　　◎ 幾何非線性失穩　 　　　◎ 彈塑性失穩 　 　　　◎ 后屈曲 　◆ NASTRAN動力學分析 　　　◎ 直接瞬態響應 　◎ 模態瞬態響應 　　　◎ 直接頻率響應 　◎ 模態頻率響應 　　　◎ 響應譜分析 　　◎ 隨機振動響應分析 　　　◎ 復特征值計算 　◎ GDR矩陣縮減法 　　　◎ 非線性瞬態分析 ◎ 聲學分析 　　　◎ 動力靈敏度分析 　　　　　 　◆ NASTRAN非線性分析 　　　◎ 幾何非線性: 大變形/旋轉, 大塑性 　　　◎ 材料非線性: 塑性, 粘彈/塑性, 超彈性, 蠕變 　　　◎ 非線性接觸, 彈簧, 阻尼單元 　　　◎ 隨溫度相關的非線性 　　　◎ 非線性瞬態動力學 NASTRAN熱傳導分析 　◆ 線性/非線性分析 　◆ 熱傳導　　 　◆ 自由/受迫對流　　 ◆ 穩態/瞬態分析 　◆ 輻射(多腔,對空間) ◆ 熱控系統分析　　 　◆ 相變分析 　　　NASTRAN氣動彈性分析 　◆ 靜動氣彈響應分析 　◆ 氣動顫振分析 　◆ 氣彈優化分析 　◆ 超音速, 亞音速理論 　　NASTRAN流－固耦合分析 　◆ 流-固耦合法 　　◎ 聲學和噪聲控制 ◎ 直接法或模態法分析動力響應 　◆ 水彈性流體單元法 　 　　◎ 可壓縮、含重力、有結構界面的流體 　　◎ 模態分析，瞬態分析，復特征值和頻率響應分析 　◆ 虛質量法 　　◎ 結構浸在液體中 ◎ 容器內液體晃動
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用實驗或理論方法求出這些附連的量，是水彈性問題研究中的重要課題。實驗證明，漩渦的發放頻率f可用無量綱參數斯特勞哈爾數St（Strouhal Number）來表示，表達式為： f=St*V/D St是構件剖面形狀與雷諾數Re的函數，其定義式為St=D/（V*T）。 其中：V為垂直于構件軸線的速度（m/s）； D為圓柱直徑或柱體的其他特征長度（m）； T為相關的特征時間（s）。 目前，主要的研究方法有三種： 1，實驗方法 瀉渦脫落引發的渦激振動是一個多物理場耦合，相互作用的復雜過程。需要具有一套完整物理實驗方案和精密的實驗儀器可以把所有的渦激振動相關機型同步觀測，以測定其聯合效應。物理實驗往往很難同時提供流體的瞬時變化數據。 2，數值方法 振動問題。對于數值模擬方法，按照所使用湍流模型的不同，可以將渦激振動的數值模擬方法分為:直接數值模擬方法，雷諾平均N-S方程法，大渦模擬法，渦元法，還有基于上述各種方法的綜合。按照模擬方式的不同又可以分為基于彈性支撐的剛體二維模擬，基于彈性體二維渦元模擬和三維結構插值積分的離散渦元法模擬，以及對于彈性體完全使用三維模型的全流域模擬等等 3，半經驗公式 半經驗公式主要有尾流陣子，單自由度模型，流體力組分模型。 4，流固耦合數值計算軟件 Ansys+CFX Fluent+Abaqus Adina COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 假若構件的自振頻率與漩渦的發放頻率相接近就會使結構發生共振破壞，這種現象容易發生在高聳結構物上，因此這種渦激振動是極其有害的，需采取措施阻止它的發生。
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水彈性圖2

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流體用邊界元形式，但邊界考慮了流固耦合，屬于氣彈性（aero-elasticity）和水彈性（hydro-elasticity）的范疇，一直覺得照原理來說應該比下面的虛擬質量法來算濕模態更準，和做水彈性的專家聊過，實際上水彈性都還是基于干結構的模態基展開來計算結構動響應，所以輸入的是干結構的模態分析后處理文件，程序內部應該沒有計算濕模態，水彈性和氣彈性還是只計算流體載荷，不是算結構振動的。
背景介紹 最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題，核反應堆燃料棒的渦激振動問題等等。在數值仿真領域FSI概念擴展到一般性的CFD模型和FEA模型的數據交換問題。
背景介紹 最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題
背景介紹 最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題
2009 年，Lavroff 等 [93-95] 對某 2.5 m 雙體船水彈性分段模型進行了拖曳水池試驗，測量了其在規則波中的砰擊力，并將艉壓浪板（被動控制擺角為0°）安裝于船艉，但是艏部并沒有安裝 T 型翼。在隨后的研究中，Davis [96] 和 Jacobi [97-98] 等在先前對一艘 86 m 高速雙體船進行運動響應測試的基礎上，開展了實船和模型試驗研究。
Wu等人則利用線性和非線性的三維水彈性理論預報了水動力載荷，并對結構做了安全評估。Zbigniew Sekulski通過遺傳算法，對一艘雙體船進行了拓撲優化和尺寸優化，降低了船舶的總重量。潘彬彬等在同時考慮船舶結構力學性能和水動力性能的多學科設計優化中，使用iSIGHT調用Ansys實現了基礎有限元的船舶結構優化。
本屆“周培源水動力學獎”二等獎獲得者、中國船舶科學研究中心鄒明松研究員做了題為“船舶三維聲彈性理論及應用”，在吳有生院士建立的帶航速浮體水彈性理論與分析系統的基礎上，發展了船舶三維聲彈性理論及分析方法，具有很好的工程應用前景。此外，在移動接觸線動力學、超疏水表面水下減阻、海洋新能源、拓展位移淺水方程等方面均有出色的基礎研究成果發表。
但針對其流動特點，仍有很多值得研究的問題，如渦脫落的頻率對某一定點的干擾可形成周期性的流場物理量的變化（如速度脈動、壓力脈動等），升阻比，進步一分析圓柱在周期性振蕩作用下，即圓柱在水彈性力作用下的運動特征等，此處不一一贅述了。
用實驗或理論方法求出這些附連的量，是水彈性問題研究中的重要課題。實驗證明，漩渦的發放頻率f可用無量綱參數斯特勞哈爾數St（Strouhal Number）來表示，表達式為： f=St*V/D St是構件剖面形狀與雷諾數Re的函數，其定義式為St=D/（V*T）。 其中：V為垂直于構件軸線的速度（m/s）； D為圓柱直徑或柱體的其他特征長度（m）； T為相關的特征時間（s）。
簡單考慮水彈性：用切片理論，把船體切成多個片，每個片是剛體，片之間用彈性連接。但最多只能切成10個片。有理論顯示船體一般只需要5段就滿足要求。 7. STRC 命令允許不同的結構用相同的編號。 8. LINE只計算水動力特性，在不考慮耦合作用時船體位置不影響結果。 9. 當有多個結構時，在各結構單元結束時用END結束。所有單元結束時用FINI結束。 10.