大型渡槽流體與固體的動力耦合分析.pdf

1、大型渡槽流體-固體動力耦合是一個極其復(fù)雜的多學(xué)科交叉的研究課題,涉及流體和固體兩種性質(zhì)不同的介質(zhì),致使其研究非常困難,至今在理論、計算方法和工程應(yīng)用上,還存在缺陷和不足.另外,由于很多工程領(lǐng)域都涉及到流固動力耦合問題,所以有必要對這一課題進(jìn)行更加深入的研究. 本文探討了計入流體的粘性、大幅(非線性)晃動影響,不可壓縮粘性流體與彈性體的三維動力耦合問題,分析了流體、固體接觸界面的運(yùn)動狀態(tài),給出了其運(yùn)動和動力邊界條件,即位移一致性和

2、作用力平衡條件.對流固耦合系統(tǒng)進(jìn)行離散化處理,推導(dǎo)了其有限元控制方程,并給出了相應(yīng)的時間積分方法,通過儲液池的算例驗證了其正確性. 利用前述三維流固動力耦合模型探討了工程界比較關(guān)心而又沒有很好驗證的地震作用下大型渡槽順槽向流固動力耦合問題.結(jié)果表明,考慮順槽向流體影響后渡槽結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有所降低,說明工程實(shí)踐中不考慮其影響是安全的.另外,對實(shí)際工程中廣泛采用的附加質(zhì)量模型與Housner簡化模型的適用性和精度進(jìn)行了探討.地震響應(yīng)計

3、算結(jié)果表明,這兩種模型與本文給出的流體固體動力耦合分析方法相比結(jié)構(gòu)大部分部位的結(jié)果偏于保守.通過對比附加質(zhì)量模型和流固耦合分析方法的結(jié)構(gòu)自振頻率和振型發(fā)現(xiàn),兩者非常接近,說明采用附加質(zhì)量模型進(jìn)行渡槽結(jié)構(gòu)的動力特性分析是滿足工程要求的. 作為工程應(yīng)用,本文以南水北調(diào)中線穿黃薄腹梁渡槽結(jié)構(gòu)為研究對象,采用前述流固耦合分析方法對其進(jìn)行了靜、動力分析,并和實(shí)際工程采用附加質(zhì)量模型的計算結(jié)果進(jìn)行了對比研究.結(jié)果表明,兩種方法渡槽結(jié)構(gòu)的位移