【摘要】：本文對高速列車設(shè)計中廣泛討論的車窗及車身蒙皮等壁板結(jié)構(gòu)的氣動彈性相關(guān)問題進(jìn)行研究,基于Volterra級數(shù)理論和CFD數(shù)值模擬對低速流壁板氣動力響應(yīng)進(jìn)行識別與預(yù)測。具體工作如下:1.選取非定常氣動力降階模型中的Volterra級數(shù)理論作為系統(tǒng)辨識方法,著眼于系統(tǒng)外部輸入輸出特征,選取脈沖響應(yīng)法識別Volterra核,并建立相應(yīng)的Volterra級數(shù)模型。基于Volterra級數(shù)理論預(yù)測了弱非線性電路系統(tǒng)的Riccati方程、單自由度受迫振動系統(tǒng)和二維簡支壁板氣彈簡化系統(tǒng)三個動力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng),并進(jìn)行了變參分析,討論了該法對弱非線性問題的適用性;2.總結(jié)了各類數(shù)值模擬湍流模型的適用范圍及優(yōu)缺點,最終選擇標(biāo)準(zhǔn)k-?模型進(jìn)行后續(xù)研究,選擇彈簧光順法和網(wǎng)格重構(gòu)作為動網(wǎng)格方法,通過對用戶自定義函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)實現(xiàn)了既定的網(wǎng)格運動控制;3.以經(jīng)典的二維圓柱繞流模型為例,基于Volterra級數(shù)理論對系統(tǒng)作剛體運動時的氣動力響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測。通過UDF控制圓柱進(jìn)行上下沉浮式的剛體運動,通過對比CFD計算升力值和Volterra級數(shù)模型預(yù)測升力值發(fā)現(xiàn),對于包含隨機運動在內(nèi)的小幅運動的圓柱表面升力的預(yù)測有較高的精度;4.選取低速流中的二維懸臂板作為本文的研究對象,根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)將彈性結(jié)構(gòu)的位移寫作模態(tài)疊加,通過UDF將懸臂板前三階模態(tài)坐標(biāo)分別作為三個位移信號輸入,建立壁板Volterra級數(shù)模型。構(gòu)造包括隨機運動的任意運動,實現(xiàn)了基于Volterra級數(shù)理論的氣動力響應(yīng)預(yù)測,與CFD數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比結(jié)果表明:預(yù)測結(jié)果較好,精度較高�；赩olterra級數(shù)的氣動力響應(yīng)預(yù)測結(jié)果,對壁板上壓力分布特性進(jìn)行了初步分析。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O35;U270.1
【圖文】：

圖 4-2 計算網(wǎng)格圖 4-2 所示網(wǎng)格單元數(shù)為 7800，節(jié)點數(shù)為 8010。由于數(shù)值模擬的精度與網(wǎng)格疏密關(guān)系極大，網(wǎng)格越密計算精度越好但將伴隨計算量相應(yīng)增大，因此在不影響計算精度的情況下，選取合適規(guī)模的網(wǎng)格能夠極大地提高計算效率。所以，數(shù)值模擬前的網(wǎng)格無關(guān)性驗證極為重要。本文選取三套網(wǎng)格進(jìn)行驗證，圖 4-2 中網(wǎng)格規(guī)模乘以二作為第一套網(wǎng)格，網(wǎng)格單元數(shù)為 16200，名為 W1；圖 4-2 中網(wǎng)格名為 W2；圖 4-2 中網(wǎng)格規(guī)模除以二作為第三套網(wǎng)格，網(wǎng)格單元數(shù)為 3800，名為 W3。現(xiàn)選取數(shù)據(jù)監(jiān)測點為圖 4-2 中圓柱上方十字標(biāo)記處，在 5m/s 入口流速下監(jiān)測該點流速，三套網(wǎng)格計算結(jié)果如圖 4-3 所示。

圖 4-4 圓柱表面升力時程曲線如圖 4-4 所示，在迭代至 500 步左右時，升力呈穩(wěn)定周期性變化，可推斷此時流場達(dá)到穩(wěn)態(tài)。此時刻速度云圖如圖 4-5 所示：

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 39 頁5.3.2 網(wǎng)格劃分及無關(guān)性驗證根據(jù)模型特性，對二維懸臂板模型采用自由化網(wǎng)格劃分，在板近場區(qū)域局部加密以適應(yīng)復(fù)雜流動特性，在遠(yuǎn)離板面的區(qū)域網(wǎng)格設(shè)置疏松以在保證計算精度的前提下減少計算量。選取一套網(wǎng)格如圖 5-3 所示：

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本文編號：2763618