简支大挠度弹性薄板在轴向流中的流固耦合系统的动力特性

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板壳薄壁结构流固耦合的振动和失稳特性的研究是很多实际工程领域中经常遇到和有待迫切解决的疑难问题。对薄板结构与流体的流固耦合振动问题的深入了解,不仅揭示了板结构在流体诱导下产生振动的机理,还一定程度上创新了工程设计和应用,了解实际工程中由于流固耦合引起结构振动影响,并将相关性能运用于工程实践中。本论文采用数值模拟数值对轴向流中简支弹性薄板的大挠度流固耦合系统模拟了,利用到了动网格控制等相关成熟技术,运用到了有限元软件ADINA及其强大的非线性流固耦合方面的功能,结合已有的理论研究方法及成果进行了分析,以期为各涉及到相关的工程领域中的流致振动、失稳的预测和控制、实验研究和理论计算等提供参考。本论文主要的内容和成果概括:1.建立了轴向流中单块简支弹性薄板的数值模型。通过分析轴向流恒定流速下简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了其流致振动特性。板结构的结构动力学方程采用的是基于位移的有限元法离散;流场流体采用的是二维不可压缩粘性流体N-S方程并用有限体积法离散;在此基础上建立了结合动网格控制技术和采用双向流固耦合作用的简支板在流场中的等效二维数值模型。利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线。分别通过对涡量、压力及流速三者的云图分析,得到了流场的特性,从而更加直观形象的阐释了流固耦合系统之间的相互交互作用。2.对两块平行放置的简支弹性薄板在轴向流场中的数值模型进行了模拟。通过分析轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了其流致振动特性。随着两块板间距大小的改变,两板的振动过程表现出的极限环振动呈现出不同特点:同相位振动、异相位振动以及不确定相位振动的特点,以及不同振动状态下流体从板边界脱落及尾流变化规律;在两种状态的过渡阶段,两板协同表现出拍现象。
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