彈性薄壁結構的流固耦合數(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）及內置邊界法（動量交換法）相結合的方法，數(shù)值研究了四個典型的流固耦合問題。本研究主要內容包括：
　?、裴槍θ梭w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與管道上壁面受外壓作用的柔性壁的耦合運動問題。通過各種不同控制參數(shù)對柔性壁的運動特性及相應的流場結構影響的分析，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，作用在柔性壁上的壓力及壁面剪切應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)主導作用。通過將柔性壁與剛性壁結果的比較，分析了柔性效應對流場結構及壓力和壁面剪切應力分布的影響。
　?、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[動的動力學問題。研究揭示了柔性板的典型變形模態(tài)，包括平直模態(tài)、擺動模態(tài)、偏斜模態(tài)、偏斜擺動模態(tài)以及非對稱擺動模態(tài)。柔性板擺動表現(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，將流體的動能轉化為板的彎曲能。詳細探討了質量比、Reynolds數(shù)、來流方向與板的初始位置之間的夾角對板的動力學特性及彎曲能的影響。通過不同模態(tài)下尾跡渦結構和板周圍壓力分布的分析，揭示了渦結構的演化與板的變形模態(tài)之間的關系。
　　⑶研究了三維拍動柔性板的自主推進問題。研究發(fā)現(xiàn)在中等柔性下，拍動板可

4、獲得較大的推進速度和推進效率。不同展弦比的計算結果表明，展弦比對板的推進速度和推進效率的影響依賴于不同的彎曲剛度。同時，增大質量比和拍動振幅可明顯提高板的推進速度，但其消耗的輸入功也相應增大。通過對不同展弦比下流場渦結構演化分析和比較，討論了尾跡結構的形態(tài)及側緣渦的影響。通過與前人實驗及觀測結果的比較，分析了拍動板自主推進與游動和飛行生物運動特性的內在聯(lián)系。
　　⑷研究了具有壁面效應的三維拍動柔性板自主推進問題。研究發(fā)現(xiàn)在不同的彎