流-固耦合是工程實(shí)際中最為常見的一種多物理場(chǎng)耦合類型,它涉及飛行器和建筑結(jié)構(gòu)的氣彈問題、高速列車的行車安全性問題、船舶和海洋結(jié)構(gòu)與波浪洋流的相互作用、生物體內(nèi)血液循環(huán)系統(tǒng)等實(shí)際工程案例。流-固耦合問題常涵蓋復(fù)雜的且規(guī)模較大的非定常流體流動(dòng)分析和固體大變形分析,其數(shù)值模擬已引起了工程師和學(xué)者們的重視,并在近二十幾年來進(jìn)行了廣泛的研究。傳統(tǒng)的流-固耦合數(shù)值模擬方法中常采用有限元法處理固體相,但是有限元法中非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格常用的三角形和四面體單元的精度較差,較難適應(yīng)復(fù)雜工程問題。如何改善有限元法中非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的精度,構(gòu)造一種具有高精度、低計(jì)算量和網(wǎng)格劃分簡(jiǎn)單的數(shù)值算法成為解決復(fù)雜流-固耦合問題的關(guān)鍵技術(shù)。近年來,光滑有限元法吸收了無網(wǎng)格法的一些特點(diǎn),成功地提高了線性三角形和四面體單元的精度。基于復(fù)雜流-固耦合工程問題對(duì)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的需求以及光滑有限元對(duì)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)勢(shì),本文研究光滑有限元在流-固耦合問題中應(yīng)用。本文光滑有限元法不僅僅只在固體相中使用,在流體相中本文也將探究其可行性,然后綜合固液兩相的光滑有限元法統(tǒng)一求解非定常層流流動(dòng)和大變形固體的耦合問題。本文的主要工作和研究成果如下:1.依據(jù)各種不同... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３海上浮動(dòng)機(jī)場(chǎng)Ｍｅｇａ－Ｆｌｏａｔ實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D片來自互聯(lián)網(wǎng)）??

’：?．?．??圖１．２強(qiáng)風(fēng)所致列車出軌傾覆（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)）??圖１．３海上浮動(dòng)機(jī)場(chǎng)Ｍｅｇａ－Ｆｌｏａｔ實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D片來自互聯(lián)網(wǎng)）??作為“一帶一路”的海上分支，“２１世紀(jì)海上絲綢之路”無疑離不開海洋船??舶和海洋工程裝備的發(fā)展。我國(guó)雖有較長(zhǎng)里程的海岸線和廣袤的海洋國(guó)土，但是??我國(guó)從古至今將自己定義為陸地型國(guó)家，對(duì)發(fā)展海洋軍事力量不夠重視。近幾十??年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模日益擴(kuò)大，國(guó)際貿(mào)易越來越頻繁，國(guó)際航運(yùn)的重要性日??益凸顯。而我國(guó)長(zhǎng)期處于西方國(guó)家的島鏈封鎖之中，并且近年來南海的島嶼爭(zhēng)端??問題己經(jīng)對(duì)我國(guó)重要戰(zhàn)略資源的進(jìn)口產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此，我國(guó)越來越重視海??洋船舶和海洋工程裝備的發(fā)展，大批艦船己陸續(xù)下水，各種海洋科考實(shí)驗(yàn)和海洋??科學(xué)研究也正在大范圍展開。除了大型艦船

事的主要因素。近年來陸續(xù)出現(xiàn)的各種大翼展比的高空無人機(jī)、太陽能飛機(jī)和清??潔綠色客機(jī)，再次將該問題帶入了人們的視野。大翼展比機(jī)翼在飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯??著的彎曲扭轉(zhuǎn)形變。圖１．４中“太陽神”無人機(jī)的失事飛行中的三個(gè)時(shí)刻，該機(jī)??機(jī)翼在飛行的不同階段變形差別很大，最終在某個(gè)變形下產(chǎn)生了顫振導(dǎo)致飛機(jī)失??事。因此大翼展比飛機(jī)的顫振問題需要進(jìn)行復(fù)雜的幾何非線性大變形的氣動(dòng)彈性??分析。而旋轉(zhuǎn)翼飛行器的氣動(dòng)彈性分析和渦輪葉片氣動(dòng)彈性分析是流－固耦合中更??為復(fù)雜的航空工程案例。??ｉｐ?；?一翻??圖１．４ＮＡＳＡ?“太陽神”大翼展太陽能無人機(jī)飛行中的機(jī)翼變形至破壞過程（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)）??我國(guó)人口眾多，高層建筑因占地少居住人數(shù)多而成為主要城市建筑結(jié)構(gòu)。不??１?ＣＦＬ３Ｄ?官網(wǎng)網(wǎng)址：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｎ３ｄ．ｌａｒｃ．ｎａｓａ．ｇｏｖ??２?ＦＵＮＳＤ?官網(wǎng)網(wǎng)址：ｈｔｔｐｓ：／／ｆｕｎ３ｄ．ｌａｒｃ．ｎａｓａ．ｔｉｏｖ??３?ＦＵＮ３Ｄ?官網(wǎng)網(wǎng)址：ｈｔｔｐｓ：?＾ｏｖｃｒｎｏｖｖ．ｈｉｒｃ．ｎｉｉＳｃｉ．＾ｏＮ??３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]物質(zhì)點(diǎn)法的理論和應(yīng)用[J]. 廉艷平,張帆,劉巖,張雄.  力學(xué)進(jìn)展. 2013(02)
[2]流固耦合理論與算法評(píng)述[J]. 陳鋒,王春江,周岱.  空間結(jié)構(gòu). 2012(04)
[3]Selective Smoothed Finite Element Method[J]. T. T. Nguyen,K. Y. Lam.  Tsinghua Science and Technology. 2007(05)
[4]流固耦合力學(xué)概述[J]. 邢景棠,周盛,崔爾杰.  力學(xué)進(jìn)展. 1997(01)

博士論文
[1]有限元法與光滑粒子法的耦合算法研究[D]. 肖毅華.湖南大學(xué) 2012
[2]高速列車流固耦合計(jì)算方法及動(dòng)力學(xué)性能研究[D]. 李田.西南交通大學(xué) 2012
[3]薄壁結(jié)構(gòu)流固耦合數(shù)值模擬及計(jì)算方法研究[D]. 王文全.昆明理工大學(xué) 2008
[4]成型充填過程中非等溫非牛頓粘性流動(dòng)的ALE有限元與無網(wǎng)格自適應(yīng)耦合模擬[D]. 段慶林.大連理工大學(xué) 2007
[5]虛擬區(qū)域法在波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用中的應(yīng)用[D]. 及春寧.天津大學(xué) 2005



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