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考虑流固耦合的水中结构物地震反应方法 总被引：1，自引：0，他引：1
基于运动控制体的雷诺输运定理,采用任意拉格朗日-欧拉描述推导控制流体运动的Navier-Stokes方程;提出考虑流固耦合效应的水中结构物地震反应计算方法,并以水中垂直板的地震反应为例,阐明流固耦合体系的求解方法.分析地震动频率和水深对场地土-结构-流水构成的流固耦合系统动力反应的影响,结果表明:采用不可压缩流算法的Navier-Stokes方程能够合理模拟流场的位形变化,并保证流固耦合计算的收敛;考虑流固耦合作用使得结构地震反应幅值明显增大,并使频谱特性发生改变;水深对流固耦合效应的影响较大,并具有明显的非线性特征. 相似文献
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大跨度柔性屋盖风振中流固耦合分析的强耦合方法 总被引：2，自引：0，他引：2
本文针对大跨度柔性屋盖风振中流固耦合作用的特点,介绍了一种计算黏性不可压缩流体与经历大变形非线性结构之间流固耦合作用的强耦合方法。本文将伪实体弹性模型引入到流固耦合问题的流体域中处理其变形,使流体和固体形成整体耦合,推导了计算流固耦合问题的整体式方程,并用Newton—Raphson法求解。文中首先用经典圆柱绕流证明了该方法的有效性,并利用该方法计算了一大跨度柔性屋盖风振的流固耦合问题,结果与已有文献中的结果符合良好。因此证明本文提出的强耦合方法用于计算大跨度柔性屋盖风振流固耦合问题是准确可行的。 相似文献
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针对膜结构风振流固耦合计算的强耦合分区法应用降阶模型,将降阶模型应用于耦合迭代运算过程.建立了流体域和结构域的降阶模型,给出了采用降阶模型进行强耦合分区计算的步骤.为了实现强流体域和结构域的强耦合,通过在耦合迭代过程中采用降阶模型的方式获得流体及结构的雅克比行列式,在每一时间步内采用降阶模型计算强耦合求解方法中的流体和... 相似文献
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跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日一欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier—Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明：流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。 相似文献
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覆水场地地震反应分析 总被引：3，自引：0，他引：3
随着各种海洋结构物的兴建,覆水场地的地震反应逐渐成为研究热点。基于任意拉格朗日-欧拉描述,推导时变区域上的流体运动方程,给出流场、结构的接触条件和流场网格运动控制方法。对于平坦覆水场地,水平向地震动作用下,根据Couette流理论证明该类场地流体作用可以忽略;竖向地震动激励下,横向均匀场地可以通过动水压力公式准确考虑流体作用,横向非均匀场地则需要通过流固耦合方法考虑流体作用,以海底隧道为例加以说明。对于起伏场地,天然起伏场地在地震动激励下的动力反应具有明显的流固耦合特征,以三角形起伏场地为算例;结构物的兴建造成的人工起伏场地同样需要考虑流固耦合效应,以某沉管隧道在水平向地震动激励下的动力反应为算例,并根据结果初步提出该类结构物流固耦合分析的简化计算方法。 相似文献
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海域场地地震响应分析是确定海洋工程结构抗震设计地震动输入的重要环节。然而,针对海水、饱和土、基岩之间的流固耦合分析,目前一般通过对3种介质方程进行离散,然后整体求解或分区耦合求解的方式进行,过程复杂而低效。因此,大规模海域场地地震反应分析仍是一个挑战性问题。本文基于流固耦合统一计算框架求解海域近场波动问题,采用透射边界模拟无限域,通过将海水和基岩视为孔隙率分别等于1和0的广义饱和多孔介质,使得海水、饱和土、基岩之间的相互耦合可在统一计算框架中实现,避免不同介质求解器之间的数据交换。采用集中质量显式有限元并行计算,不同进程之间采用MPI进行数据交换,提高计算效率;采用逐元技术,按单元类别存储单元刚度,大大节省了内存,便于大规模计算。通过自编程,输入界面高程数据和材料参数,实现建模-自由场-三维地震动模拟全流程自动化。以东京湾为例,使用该方法和程序在超级计算机上模拟SV波垂直入射时的地震响应,证实了该方法用于三维大规模海域地震波场模拟的高效性和可行性。 相似文献
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焊缝处由于存在应力集中、焊接缺陷、残余应力等影响,是焊接结构的疲劳薄弱环节。结构应力法相较于传统的疲劳评估方法,具有SN曲线数据离散性小、网格不敏感等特点,已被纳入ASME标准。国内对结构应力法的应用基本为直接使用国外商业疲劳分析软件fesafe或对商业有限元软件进行二次开发。本文基于SiPESC平台开发了结构应力法焊缝疲劳分析模块,程序具备了雨流计数法,SN材料库,损伤累积,单通道及多通道载荷谱定义,平均应力修正等通用疲劳分析功能,具有一定的通用性。同时,结构应力法模块可支持同阶数同自由度混合壳或实体单元焊缝定义,支持焊线处节点单元自动排序。后续的其他算法和功能可在SiPESC平台通过插件的方式动态添加,具有良好的开放性。通过与国外商业软件的算例结果对比,验证了本文所开发的程序计算结果的精确性。 相似文献
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本文针对流固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的正演数值模拟方法. 首先,从一阶位移-应力弹性波方程出发,基于海底流固边界的位移和应力的连续性条件,采用三次样条海底界面定量表征方法,推导出不规则海底界面下流固边界耦合介质中的地震波波动方程;其次,通过空间微分的高阶差分格式提高数值模拟的空间精度,并结合已推导的地震波波动方程,将四阶时间微分转换至高阶空间微分,进一步提高了数值模拟的时间精度;最后,在与标量波波动方程数值模拟结果对比分析的基础上,分别利用简单的水平层状模型和复杂海底模型,验证和讨论了本文提出的流固边界耦合介质高阶有限差分地震波正演模拟方法的有效性和准确性. 相似文献
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利用有限元流固耦合理论来模拟二维、三维海啸触发阶段的动态过程,将海啸可能的触发类型分离出来独自模拟分析,并解决了触发过程中,流固计算可能失效而面临的问题,从形变图,压强图以及能量图多侧面地表达出流固耦合在海啸触发模拟中的可行性.由于不需要进行浅水波近似,因此所使用的计算方法和结果可推到较广的使用范围. 相似文献
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膜结构风振中流固耦合效应的数值模拟研究 总被引：2，自引：1，他引：1
对膜结构风致振动中的流固耦合效应进行了数值模拟研究。采用数值模拟方法中的强耦合整体方法,引入伪实体模型,通过伪实体模型方程,流体方程与结构方程的隐式弱形式来构成整个体系的强耦和整体式方程。采用该方法对双坡型膜结构在考虑和不考虑耦合效应下的风振响应等重要参数进行了计算分析,并将计算结果与已有风洞试验结果进行对比,结果符合良好。同时计算了结构周围空气的风速矢量、压力场分布,得到了空气流体场的变化规律。结果表明采用强耦合整体方法计算所得的解具有很好的收敛性,可以较准确地预测膜结构的风致动力响应。 相似文献
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渡槽结构在强烈地震作用下邻梁间发生的碰撞现象易对其输水安全造成重大影响。采用薄壁梁段单元和三维接触-摩擦单元借助FORTRAN程序建立了考虑流固耦合的渡槽结构整体三维碰撞分析模型,并通过工程实例进行了多工况下的地震碰撞反应分析。结果表明,随着槽内水深的增大,渡槽结构的地震反应普遍增大,邻梁碰撞次数、碰撞力和相对转角也随之增大;槽内水体固结和考虑流固耦合的碰撞反应峰值相差不大,但时程曲线差异较大,某些部位水体固结的解会小于流固耦合解,使固结简化的处理偏于不安全。研究结果可供大型渡槽结构抗震设计参考。 相似文献
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采用一个描述饱和砂土中固相颗粒和液相流体耦合的离散元数值模型,固相颗粒采用离散元的颗粒流理论(PFC)模拟,液相流体通过求解平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)技术计算.采用上述模犁数值模拟了在地震荷载作用液化场地的加速度、剪应力、剪应变时程以及超孔隙水压力和土层表面位移的发展过程.数值模拟结果... 相似文献
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波浪与地震对小尺度桩柱的共同作用研究 总被引：1，自引：1，他引：0
本文以某一实际平台桩柱为例,对其进行波浪作用以及波浪与地震共同作用研究。依据我国海港水文规范JTJ213-98、DNV的环境条件和环境荷载规范以及API的相关规范[1-3],对波浪荷载的计算采取不同的简化处理方式,从而分析流体的附加质量效应和流固耦合效应在不同工况下对桩柱结构响应的影响,并分析了该影响随工作水深和波浪参数的变化规律。结果表明,两种工况下流体的附加质量效应和流固耦合效应对桩柱响应的影响趋势并不相同,当进行波浪与地震共同作用分析时,有必要考虑流体附加质量效应和流固耦合效应对结构响应的影响。 相似文献
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中国核电厂抗震设计规范推荐采用的Housner模型不适用于复杂形状核电储液结构的流固耦合分析。对于AP1000和CAP1400核电站屏蔽厂房顶部非能动安全壳冷却系统重力水箱(简称PCS水箱),基于圆柱形水箱的Housner等效质量-弹簧模型,通过引入水箱体积修正参数,提出PCS水箱的三维等效质量-弹簧模型。采用有限元软件ADINA建立水箱结构流固耦合整体有限元模型以进行模态分析,计算分析PCS水箱和对应环形水箱在不同尺寸和液体深度条件下的液体晃动自振特性。对比整体有限元模型与三维等效质量-弹簧模型计算结果发现,提出的PCS水箱三维等效质量-弹簧模型能给出其内液体晃动各阶振型的液动压力合理估计值,适用于具有复杂形状的PCS水箱液动压力分析。本文的等效模型方法可推广应用于其他复杂形状水箱的液动压力分析。 相似文献
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调频液体阻尼器(TLD)作为一种被动耗能减震装置,由于涉及到两种形态的物质之间的相互作用,真实准确地掌握调谐液体阻尼器的减震特性显得尤为困难,因此建立更加精确的流固耦合模型,进而探讨带调谐液体阻尼器结构的抗震性能是一件非常有意义的工作.本文利用ADINA有限元分析软件分别建立了结构动力学模型和流体动力学模型,并利用其流一固耦合分析模块,对此耦合模型进行瞬态分析,模拟计算结果与试验简化模型的结果具有较好的一致性.在此基础上通过动力时程分析得到了调谐液体阻尼器流场的变化特性,并结合流场特性考查了频率比、地震动、质量比这三个因素对带调频液体阻尼器结构抗震性能的影响,对比分析表明频率比对TLD的减振性能的影响最为显著,最后给出了TLD的设计建议. 相似文献
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海洋勘探环境可以抽象为下伏固体与上覆流体相互耦合的介质,本文针对流-固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的多参数（速度和密度）全波形反演方法.本文采用弹性波一阶位移-应力方程作为过渡层耦合声波压力方程与弹性波位移方程来模拟耦合环境,相比于传统的交错网格建模方法或者构建连续性条件,本文提出的方法在正演精度和稳定性上凸显出很大优势,极大降低了计算内存.反演策略对多参数全波形反演至关重要,由于不同参数之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得,因此本文将非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演分为两个步骤完成：第一步利用变密度声波方程结合推导出的密度梯度算子进行纵波速度和密度的双参数反演;第二步根据链式法则求取横波速度的梯度,结合第一步的反演结果使用流-固边界耦合方程反演横波速度.最后通过与声波动方程数值模拟结果对比证明正演算法的准确性;上覆流体的Marmousi-2模型的数值试验测试说明反演方法的有效性和适应性. 相似文献
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超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。 相似文献