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流固耦合
閱讀�6654�(shí)間:2017-11-07 09:22:16

  流固耦合力學(xué)是流體力�(xué)與固體力�(xué)交叉而生成的一門(mén)力學(xué)分支,它是研究變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體位形�(duì)流場(chǎng)影響這二者相互作用的一門(mén)科學(xué)。流固耦合力學(xué)的重要特征是兩相介質(zhì)之間的相互作�,變形固體在流體載荷作用下會(huì)�(chǎn)生變形或�(yùn)�(dòng)。變形或�(yùn)�(dòng)又反�(guò)�(lái)影響流體�(yùn)�(dòng),從而改變流體載荷的分布和大�,正是這種相互作用將在不同條件下產(chǎn)生形形色色的流固耦合�(xiàn)象�

基本�(nèi)�

  流固耦合力學(xué)是流體力�(xué)與固體力�(xué)交叉而生成的一門(mén)力學(xué)分支。顧名思義,它是研究變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體位形�(duì)流場(chǎng)影響這二者交互作用的一門(mén)科學(xué)。流固耦合力學(xué)的重要特征是兩相介質(zhì)之間的交互作�(fluid-solid interaction):變形固體在流體載荷作用下會(huì)�(chǎn)生變形或�(yùn)�(dòng),而變形或�(yùn)�(dòng)又反�(guò)�(lái)影響流場(chǎng),從而改變流體載荷的分布和大�� 正是這種相互作用將在不同條件下產(chǎn)生形形色色的流固耦合�(xiàn)��

�(jiǎn)�

  流固耦合�(wèn)題可由其耦合方程定義,這組方程的定義域同時(shí)有流體域與固體域。而未知變量含有描述流體現(xiàn)象的變量和含有描述固體現(xiàn)象的變量,一般而言具有以下兩點(diǎn)特征�
  1)流體域與固體域均不可單�(dú)地求�
  2)無(wú)法顯式地削去描述流體�(yùn)�(dòng)的獨(dú)立變量及描述固體�(xiàn)象的�(dú)立變�
  從總體上�(lái)�,流固耦合�(wèn)題按其耦合�(jī)理可分為兩大�:
  類問(wèn)題的特征是耦合作用僅僅�(fā)生在兩相交界面上,在方程上的耦合是由兩相耦合面上的平衡及�(xié)�(diào)�(lái)引入的如氣動(dòng)彈�、水�(dòng)彈性等�
  第二類問(wèn)題的特征是兩域部分或全部重疊在一�,難以明顯地分開(kāi),使描述物理�(xiàn)象的方程,特別是本構(gòu)方程需要針�(duì)具體的物理現(xiàn)象來(lái)建立,其耦合效應(yīng)通過(guò)描述�(wèn)題的微分方程�(lái)體現(xiàn)�
  �(shí)際上流固耦合�(wèn)題是�(chǎng)(流�(chǎng)與固體變形場(chǎng))間的相互作用:�(chǎng)間不相互重疊與滲透其耦合作用通過(guò)界面力(包括多相流的相間作用力等...)起作用,若�(chǎng)間相互重疊與滲透其耦合作用通過(guò)建立不同與單相介�(zhì)的本�(gòu)方程等微分方程來(lái)�(shí)�(xiàn)�

求解方式

  求解�(shí)有三種方�
  1.兩場(chǎng)交叉迭代�2.直接全部同時(shí)求解�3.有限元求��
  流固耦合的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題,早期是從航空�(lǐng)域的氣動(dòng)彈性問(wèn)題開(kāi)始的,這也就是通過(guò)界面耦合的情�,只要滿足耦合界面力平衡,界面相容就可��
  氣動(dòng)彈性開(kāi)始主要是考慮�(jī)翼的顫振邊界�(wèn)題,�(jì)算采用簡(jiǎn)化的氣動(dòng)方程和結(jié)�(gòu)�(dòng)力學(xué)方程,從理論推導(dǎo)入手,建立耦合方程,這種方法求解相對(duì)容易,適�(yīng)性也較窄�
  �(xiàn)在由于數(shù)值計(jì)算方�,計(jì)算機(jī)技�(shù)的發(fā)展,整�(gè)的求解趨向于NS方程(納維-斯托克斯方程N(yùn)avier-Stokes equations)與非線性結(jié)�(gòu)�(dòng)力學(xué)。一般使用迭代求�,也就是在流�(chǎng),結(jié)�(gòu)上分別求�,在各�(gè)�(shí)間步之間耦合迭代,收斂后再向前推�(jìn)。好處就是各自領(lǐng)域內(nèi)成熟的代碼稍作修改就可以�(yīng)用。其中可能還要涉及一�(gè)�(dòng)�(wǎng)格的�(wèn)�,由于結(jié)�(gòu)的變�,使得流�(chǎng)的計(jì)算域�(fā)生變�,要考慮流場(chǎng)�(wǎng)格隨�(shí)間變形以適應(yīng)耦合界面的變��
  不過(guò)�(xiàn)在國(guó)外比較時(shí)髦的好像都在做系�(tǒng)性的�(shè)�(jì)�(wèn)題,�(shù)值計(jì)算一般已�(jīng)可以滿足需�。在�(shù)值計(jì)算的初步估計(jì)基礎(chǔ)�,通過(guò)降維模型(reduced order model) 可以很快的得到初步設(shè)�(jì)方案,再通過(guò)詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算來(lái)�(yàn)證�
  目前流固耦合做得比較好的軟件GDS Studio、COMSOL和ADINA�

求解軟件

  目前�(guó)�(nèi)外流固耦合求解軟件不多,所幸國(guó)人出了一款GDS Studio的流固耦合分析軟件,采用有限元方法求解。下面是做的比較好的幾�(gè)流固耦合軟件�
  GDS Studio GDS 核心處理程序使用了基于地下多物理�(chǎng)和化�(xué)物質(zhì)傳播的耦合分析理論,并致力于采用對(duì)�-�-�-�-�-微生物(H - M - T - G - C - B)等多因素�(jìn)行耦合分析的研究模�。利用有限元分析法對(duì)�(shí)際模型�(jìn)行求解計(jì)�,可以分析處理多種類型的地學(xué)�(huán)�,并�(duì)其�(jìn)行預(yù)�(cè),以�(píng)估其安全��
  ANSYS WORKBENCHworkbench平臺(tái)易于操作,并且功能強(qiáng)�,里面綜合了Fluent CFX Ls-dyna等軟�,能輕松�(shí)�(xiàn)流固耦合
  ADINA這�(gè)軟件包功能強(qiáng)大,�(jì)算效率高,有人說(shuō)是算話比較好,但是這�(gè)軟件前后處理器實(shí)在是太爛�,劃分網(wǎng)格的功能不強(qiáng),能�(dǎo)入的�(shù)�(jù)格式比較�,用起來(lái)比較�(fèi)��

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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