彈性薄壁結(jié)構(gòu)的流固耦合數(shù)值研究.pdf

1、流固耦合問題是自然界和工程領(lǐng)域中常見的現(xiàn)象，本文采用格子玻爾茲曼方法、有限元法（有限差分法）及內(nèi)置邊界法（動(dòng)量交換法）相結(jié)合的方法，數(shù)值研究了四個(gè)典型的流固耦合問題。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、裴槍?duì)人體中塌陷血管與血液相互作用現(xiàn)象，研究了剛性管道中粘性不可壓縮流動(dòng)與管道上壁面受外壓作用的柔性壁的耦合運(yùn)動(dòng)問題。通過各種不同控制參數(shù)對(duì)柔性壁的運(yùn)動(dòng)特性及相應(yīng)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)影響的分析，發(fā)現(xiàn)在較大外壓和較小拉伸剛度作用下，柔性壁會(huì)發(fā)生自激振蕩現(xiàn)

2、象，且在振蕩過程中最大變形位置總出現(xiàn)在柔性壁的后半部分。同時(shí)，作用在柔性壁上的壓力及壁面剪切應(yīng)力分布的變化也最為劇烈。在柔性壁的振蕩過程中，拉伸能占據(jù)主導(dǎo)作用。通過將柔性壁與剛性壁結(jié)果的比較，分析了柔性效應(yīng)對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及壓力和壁面剪切應(yīng)力分布的影響。
　?、蒲芯苛撕缶壒潭ê颓熬壸杂傻牡怪萌嵝园逶诰鶆騺砹髦袛[動(dòng)的動(dòng)力學(xué)問題。研究揭示了柔性板的典型變形模態(tài)，包括平直模態(tài)、擺動(dòng)模態(tài)、偏斜模態(tài)、偏斜擺動(dòng)模態(tài)以及非對(duì)稱擺動(dòng)模態(tài)。柔性板擺動(dòng)表現(xiàn)

3、出何種模態(tài)主要取決于板的彎曲剛度和展弦比。通過流體與板之間的作用力及板的彎曲能的分析發(fā)現(xiàn)，在擺動(dòng)模態(tài)中板能夠有效地從周圍流體中獲得能量，將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為板的彎曲能。詳細(xì)探討了質(zhì)量比、Reynolds數(shù)、來流方向與板的初始位置之間的夾角對(duì)板的動(dòng)力學(xué)特性及彎曲能的影響。通過不同模態(tài)下尾跡渦結(jié)構(gòu)和板周圍壓力分布的分析，揭示了渦結(jié)構(gòu)的演化與板的變形模態(tài)之間的關(guān)系。
　　⑶研究了三維拍動(dòng)柔性板的自主推進(jìn)問題。研究發(fā)現(xiàn)在中等柔性下，拍動(dòng)板可

4、獲得較大的推進(jìn)速度和推進(jìn)效率。不同展弦比的計(jì)算結(jié)果表明，展弦比對(duì)板的推進(jìn)速度和推進(jìn)效率的影響依賴于不同的彎曲剛度。同時(shí)，增大質(zhì)量比和拍動(dòng)振幅可明顯提高板的推進(jìn)速度，但其消耗的輸入功也相應(yīng)增大。通過對(duì)不同展弦比下流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)演化分析和比較，討論了尾跡結(jié)構(gòu)的形態(tài)及側(cè)緣渦的影響。通過與前人實(shí)驗(yàn)及觀測(cè)結(jié)果的比較，分析了拍動(dòng)板自主推進(jìn)與游動(dòng)和飛行生物運(yùn)動(dòng)特性的內(nèi)在聯(lián)系。
　?、妊芯苛司哂斜诿嫘?yīng)的三維拍動(dòng)柔性板自主推進(jìn)問題。研究發(fā)現(xiàn)在不同的彎