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流固耦合
閱讀�6648�(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)交叉而生成的一門力學(xué)分支,它是研究變形固體在流場作用下的各種行為以及固體位形對流場影響這二者相互作用的一門科學(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)又反過來影響流體�(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)交叉而生成的一門力學(xué)分支。顧名思義,它是研究變形固體在流場作用下的各種行為以及固體位形對流場影響這二者交互作用的一門科學(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)又反過來影響流場,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)��

簡介

  流固耦合問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�
  從總體上來看,流固耦合問題按其耦合�(jī)理可分為兩大�:
  類問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)來引入的如氣�(dòng)彈�、水�(dòng)彈性等�
  第二類問題的特征是兩域部分或全部重疊在一�,難以明顯地分開,使描述物理�(xiàn)象的方程,特別是本構(gòu)方程需要針對具體的物理�(xiàn)象來建立,其耦合效應(yīng)通過描述問題的微分方程來體現(xiàn)�
  �(shí)際上流固耦合問題是場(流場與固體變形場)間的相互作用:場間不相互重疊與滲透其耦合作用通過界面力(包括多相流的相間作用力等...)起作用,若場間相互重疊與滲透其耦合作用通過建立不同與單相介�(zhì)的本�(gòu)方程等微分方程來�(shí)�(xiàn)�

求解方式

  求解�(shí)有三種方�
  1.兩場交叉迭代�2.直接全部同時(shí)求解�3.有限元求解�
  流固耦合的數(shù)值計(jì)算問�,早期是從航空領(lǐng)域的氣動(dòng)彈性問題開始的,這也就是通過界面耦合的情�,只要滿足耦合界面力平�,界面相容就可以�
  氣動(dòng)彈性開始主要是考慮�(jī)翼的顫振邊界問題,計(jì)算采用簡化的氣動(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)�,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�,也就是在流場,�(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)�。其中可能還要涉及一�(gè)�(dòng)�(wǎng)格的問題,由于結(jié)�(gòu)的變�,使得流場的�(jì)算域�(fā)生變�,要考慮流場�(wǎng)格隨�(shí)間變形以適應(yīng)耦合界面的變��
  不過�(xiàn)在國外比較時(shí)髦的好像都在做系�(tǒng)性的�(shè)�(jì)問題,數(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)�,通過降維模型(reduced order model) 可以很快的得到初步設(shè)�(jì)方案,再通過詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算來�(yàn)��
  目前流固耦合做得比較好的軟件GDS Studio、COMSOL和ADINA�

求解軟件

  目前國內(nèi)外流固耦合求解軟件不多,所幸國人出了一款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場和化學(xué)物質(zhì)傳播的耦合分析理論,并致力于采用對�-�-�-�-�-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�(shí)際模型�(jìn)行求解計(jì)算,可以分析處理多種類型的地�(xué)�(huán)�,并對其�(jìn)行預(yù)�,以評估其安全性�
  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�,用起來比較�(fèi)��

維庫電子�,電子知�(shí),一查百��

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