大型渡槽流體與固體的動(dòng)力耦合分析.pdf

1、大型渡槽流體-固體動(dòng)力耦合是一個(gè)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(jì)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(dòng)力耦合問(wèn)題,所以有必要對(duì)這一課題進(jìn)行更加深入的研究. 本文探討了計(jì)入流體的粘性、大幅(非線性)晃動(dòng)影響,不可壓縮粘性流體與彈性體的三維動(dòng)力耦合問(wèn)題,分析了流體、固體接觸界面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),給出了其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力邊界條件,即位移一致性和

2、作用力平衡條件.對(duì)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(shí)間積分方法,通過(guò)儲(chǔ)液池的算例驗(yàn)證了其正確性. 利用前述三維流固動(dòng)力耦合模型探討了工程界比較關(guān)心而又沒(méi)有很好驗(yàn)證的地震作用下大型渡槽順槽向流固動(dòng)力耦合問(wèn)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(shuō)明工程實(shí)踐中不考慮其影響是安全的.另外,對(duì)實(shí)際工程中廣泛采用的附加質(zhì)量模型與Housner簡(jiǎn)化模型的適用性和精度進(jìn)行了探討.地震響應(yīng)計(jì)

3、算結(jié)果表明,這兩種模型與本文給出的流體固體動(dòng)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(guò)對(duì)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(shuō)明采用附加質(zhì)量模型進(jìn)行渡槽結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(duì)象,采用前述流固耦合分析方法對(duì)其進(jìn)行了靜、動(dòng)力分析,并和實(shí)際工程采用附加質(zhì)量模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究.結(jié)果表明,兩種方法渡槽結(jié)構(gòu)的位移