流固耦合概述及应用研究进展

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流固耦合的研究与发展综述

流固耦合的研究与发展综述

流固耦合的研究与发展综述流固耦合是指流体与固体之间相互作用的现象。

在许多工程领域,流固耦合现象都是非常重要的,例如在航空航天、汽车工程、能源系统和生物医学领域等。

本文将对流固耦合的研究与发展进行综述,包括其基本原理、数值模拟方法和应用领域等方面的内容。

一、流固耦合的基本原理流固耦合的基本原理是通过数学模型描述流体与固体之间的相互作用。

流体力学和固体力学是研究流体和固体运动的基本学科,它们提供了描述流固耦合现象的基本理论基础。

在流体力学中,流体的运动可以通过Navier-Stokes方程组来描述,而在固体力学中,固体的运动可以通过弹性力学或塑性力学方程来描述。

通过将这两个方程组耦合起来,可以得到描述流固耦合现象的数学模型。

二、流固耦合的数值模拟方法为了研究流固耦合现象,数值模拟方法是一种常用的手段。

常见的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法和边界元法等。

在流固耦合问题中,有限元法是最常用的数值模拟方法之一。

有限元法将流体和固体分别离散化为有限个单元,并通过求解代数方程组来得到流体和固体的运动状态。

此外,还可以使用流体-结构相互作用软件来模拟流固耦合问题,例如ANSYS、FLUENT等。

三、流固耦合的应用领域流固耦合现象在许多工程领域都具有重要的应用价值。

在航空航天工程中,流固耦合现象的研究可以帮助改善飞机的气动性能,提高飞行稳定性和安全性。

在汽车工程中,流固耦合现象的研究可以用于改善汽车的空气动力学性能,降低燃油消耗和减少排放。

在能源系统中,流固耦合现象的研究可以用于优化风力发电机的设计,提高能量转换效率。

在生物医学领域,流固耦合现象的研究可以用于模拟血液在心脏和血管中的流动,帮助诊断和治疗心血管疾病。

综上所述,流固耦合的研究与发展是一个非常重要的课题。

通过对流固耦合现象的研究,可以深入理解流体与固体之间的相互作用机制,为工程实践提供理论指导和技术支持。

未来,随着数值模拟方法的不断发展和计算能力的提高,流固耦合的研究将在更多领域得到应用和拓展。

流固耦合的研究与发展综述

流固耦合的研究与发展综述

流固耦合的研究与发展综述流固耦合是指液体或气体与固体之间相互作用并相互影响的物理过程。

在过去几十年里,流固耦合的研究与发展取得了令人瞩目的进展。

本综述将对流固耦合的研究背景、发展状况和前景进行综述。

首先,流固耦合的研究背景。

流固耦合的研究源于对大气和海洋中的风暴、涡旋和浪潮等自然规律的理解。

这些自然现象中,液体和气体介质与地球表面的固体结构相互作用,并产生复杂而有趣的现象。

例如,在风暴过程中,气体通过辐合进而产生强风和风暴潮,对海岸线造成严重的破坏。

了解这些流固耦合的现象对于防灾减灾和环境保护具有重要意义。

此外,流固耦合的研究还可以应用于工程领域,如航空航天、水利水电和海洋工程等。

其次,流固耦合的研究发展。

随着计算机技术和数值模拟方法的发展,研究人员能够模拟和预测流固耦合过程中的各种物理现象。

数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。

这些方法能够解决流固耦合问题中的非线性、多物理场和多尺度等复杂问题。

此外,研究人员还开展了实验和理论研究,以更加全面和深入地理解流固耦合过程。

当前流固耦合的研究重点包括气液两相流动、流体力学与固体力学的相互作用、液固界面的动态行为等。

最后,流固耦合的研究前景。

随着数据采集和处理技术的不断进步,流固耦合的研究正朝着多尺度、多物理场和多学科的方向发展。

在气液两相流动中,研究人员将继续探索液滴、气泡和颗粒的动力学行为,以及它们与固体表面之间的相互作用。

在流体力学和固体力学的相互作用中,研究人员将关注固体结构如何影响流体流动和固体应力分布。

在液固界面的动态行为中,研究人员将继续研究液滴的形变和破裂机制,并探索其在材料科学和生物医学领域的应用。

总之,流固耦合的研究与发展具有广阔的应用前景。

通过深入理解流固耦合过程的物理机制,可以提供有关气候变化、自然灾害和工程设计等方面的关键信息。

这些研究也有助于推动相关学科的发展,如流体力学、固体力学和材料科学等。

随着技术的不断进步和理论的不断完善,相信流固耦合的研究将加速,为我们理解和利用自然界的复杂现象提供更多的支持和指导。

流固耦合力学概述

流固耦合力学概述

流固耦合力学概述流固耦合力学是研究流体和固体相互作用的一门学科,主要涉及流体对固体的作用以及固体对流体的作用。

流固耦合力学在工程领域具有广泛的应用,如建筑结构、飞行器、汽车、海洋工程等。

在这些应用中,流体和固体之间的相互作用对系统的运行和设计起着重要的作用。

本文将对流固耦合力学的基本概念、理论基础和应用举例进行概述。

流固耦合力学的基本概念包括流体和固体。

流体是一种没有固定形状的物质,主要指液体和气体。

而固体是一种具有固定形状和体积的物质。

流体和固体之间的相互作用可通过力的传递来描述。

在流固耦合力学中,流体对固体的作用主要通过压力力和黏性力实现。

而固体对流体的作用则包括阻力、振动和波动传播等。

流固耦合力学的理论基础主要包括连续介质力学和流体动力学。

连续介质力学是研究流体和固体的物理性质和力学行为的一个理论体系。

根据连续介质力学的原理,可将流体和固体视为连续统一的物质。

流体动力学是研究流体运动规律的一门学科,包括流体的连续性方程、动量方程和能量方程等。

通过连续介质力学和流体动力学的理论基础,可以描述流体和固体之间的相互作用。

流固耦合力学在工程领域具有广泛的应用。

以建筑结构为例,当建筑物暴露在风力或地震中时,流体-结构相互作用是十分重要的。

流体的作用会产生风载或地震载荷,对建筑物产生力的作用。

而建筑物的振动则会产生空气流动的变化。

通过对流体-结构相互作用的研究,可以更好地设计和改善建筑物的结构,提高其抗震和抗风能力。

流固耦合力学在飞行器和汽车工程中也具有重要的应用。

在飞行器设计中,空气流动对机翼和机身产生升力和阻力,同时也会对机翼和机身产生力的作用。

通过对流体-结构相互作用的研究,可以提高飞行器的操控性能和安全性能。

在汽车工程中,空气流动对汽车的外形和动力性能产生重要影响。

通过流固耦合力学的研究,可以减小车辆的空气阻力,提高燃油效率和驾驶稳定性。

此外,流固耦合力学在海洋工程中也具有重要的应用。

海洋工程中的结构,如海上平台和海底管道,都会受到海洋环境中的波浪、潮流和风力的影响。

流固耦合概述及应用研究进展

流固耦合概述及应用研究进展

流固耦合概述及应用研究进展流固耦合是研究流体与固体相互作用的一种方法,它将流体动力学方程和固体力学方程相互耦合求解,能够模拟复杂的流固耦合问题。

近年来,随着计算机技术的不断发展和数值模拟方法的日益完善,流固耦合研究在多个领域取得了重要进展,并在工程实践中得到广泛应用。

目前,流固耦合的研究进展主要集中在以下几个方面:第一,研究方法的改进。

为了提高计算效率和精度,研究者提出了多种有效的流固耦合求解方法。

例如,基于体积法的耦合方法可以将流体和固体的网格耦合在一起,减少了计算量和内存需求。

此外,还有基于仿真网格重构的方法、基于界面移动技术的方法等。

这些方法在求解复杂流固耦合问题时具有较好的适用性和效率。

第二,模型的改进和扩展。

为了更好地模拟实际问题,研究者对流固耦合模型进行了改进和扩展。

例如,考虑流固界面的非线性和非均匀特性、考虑流固界面的热传导、考虑流体中的多相流等。

这些改进使得模拟结果更加准确,为实际工程问题的分析和设计提供了有力支持。

第三,应用领域的拓展。

流固耦合研究不仅适用于常见的工程领域,如航空航天、汽车工程等,还逐渐拓展到其他领域。

例如,生物力学领域中的血液流动与血管壁的相互作用、地下水与土壤的相互作用等。

这些应用领域的拓展对流固耦合方法的深入研究提出了新的挑战。

综上所述,流固耦合研究在方法、模型和应用领域等方面都取得了重要进展。

随着计算机技术的不断发展和数值模拟方法的不断完善,流固耦合研究将进一步深入,为实际工程问题的解决提供更加准确和可靠的方法和模型。

流固耦合概述及应用研究进展

流固耦合概述及应用研究进展

流固耦合概述及应用研究进展流固耦合概述及应用研究进展摘要流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支。

顾名思义,它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。

流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid.solid interaction):变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动,而变形或运动又反过来影响流场,从而改变流体载荷的分布和大小。

总体上 ,流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起 ,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。

1 流固耦合概述1.1引言历史上,人们对流固耦合现象的早期认识源于飞机工程中的气动弹性问题。

Wright兄弟和其它航空先驱者都曾遇到过气动弹性问题。

直到1939年二战前夕,由于飞机工业的迅猛发展,大量出现的飞机气动弹性问题的需要,有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。

从而,气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支。

如果将与飞机颤振密切相关的气动弹性研究作为流固耦合的第一次高潮的话,则与风激振动及化工容器密切相关的研究可作为流固耦合研究的第二次高潮。

事实上,从美国ASME应用力学部召开的历次流固耦合研讨会上可以看出,流固耦合问题涉及到很多方面。

比如:空中爆炸及响应,噪声相互作用问题,气动弹性,水弹性问题,充液结构内的爆炸分析,管道中的水锤效应,充液容器的晃动及毛细流中血细胞的变形,沉浸结构的瞬态运动,流固相互冲击,板的颤振及流体引起的振动,圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统,声音与结构的相互作用,涡流与结构的相互作用,机械工程中的机械气动弹性问题等等。

1.2流固耦合力学定义和特点流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的--I'l力学分支。

流固耦合问题及研究进展

流固耦合问题及研究进展

第5卷 第1期1999年3月地质力学学报JOU RNAL O F GEOM ECHAN I CS V o l .5 N o.1M ar.1999 文章编号:100626616(1999)0120017226收稿日期:1998205212基金项目:油气藏地质与开发工程国家重点实验室开放研究基金项目(PLN 9702)作者简介:董平川(19672),男,1998年在东北大学获博士学位,讲师。

现为石油大学油气开发工程在站博士后,从事储集层流固耦合理论、有限元数值模拟及其应用研究。

流固耦合问题及研究进展董平川1,徐小荷2,何顺利11石油大学,北京 昌平 102200;2东北大学,辽宁 沈阳 1100061摘 要:传统的渗流理论一般假设流体流动的多孔介质骨架是完全刚性的,即在孔隙流体压力变化过程中,固体骨架不产生任何弹性或塑性变形,这时可将渗流作为非耦合问题来研究。

这种简化虽然可以得到问题的近似解,但存在许多缺陷,而且也不切合生产实际。

比如:在油田开采过程中,孔隙流体压力会逐渐降低,将导致储层内有效应力的变化,使储层产生变形。

近年来,流固耦合问题越来越受到人们的重视,这方面的研究涉及许多领域。

该文介绍了有关工程涉及到的流固耦合问题,重点针对油、气开采问题,介绍了储层流固耦合渗流的特点及研究方法和理论进展,包括单相、多相流体渗流的流固耦合数学模型及有限元数值模型。

关键词:流2固耦合;理论模型;研究进展;工程应用分类号:T E 312 文献标识码:A0 引 言天然岩石不只固相介质一种,尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合。

岩石孔隙中的流体流动问题,经典渗流力学已进行了广泛研究,但它没有考虑流体流动和岩石变形之间的相互作用,而在油气开采、地下水抽放等过程中,由于孔隙流体压力的变化,一方面要引起岩石骨架应力变化,由此导致岩石特性变化;另一方面,这些变化又反过来影响孔隙流体的流动和压力的分布。

因此,在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响,即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。

流固耦合的研究综述

流固耦合的研究综述

流固耦合的研究综述流固耦合是指流体和固体之间相互作用的现象。

在许多自然界和工程应用中,流体和固体之间的相互作用起着重要的作用。

例如,在大气中,风与树木之间的相互作用会导致树枝的摆动;在海洋中,海浪与海岸线的相互作用会引起沙滩的冲刷。

在工程应用中,流固耦合现象也十分常见,如飞机在飞行时的气动弹性效应、管道中的液固两相流动等。

流固耦合现象的研究对于深入理解自然界中的复杂问题和提高工程应用的性能至关重要。

本文将综述流固耦合的研究现状和相关领域的进展,并重点介绍流固耦合模型的建立和求解方法。

在流固耦合的研究中,模型的建立是一个关键的环节。

根据问题的实际情况和研究目标,可以采用不同的数学模型来描述流体和固体之间的相互作用。

常用的模型包括神经网络模型、有限元模型和计算流体动力学模型等。

这些模型能够准确地描述流体和固体之间的动力学关系和力学行为,并提供对流固耦合现象的定量分析。

在流固耦合模型的求解中,常用的方法包括数值模拟和实验测试。

数值模拟方法主要是利用计算机模拟流体和固体之间的相互作用过程。

常见的数值模拟方法包括流体动力学模拟、结构动力学模拟和流固耦合模拟等。

通过数值模拟,研究人员可以获得流体和固体之间的详细信息,如压力分布、速度场和应力分布等。

实验测试方法主要是通过实验设备来模拟流体和固体之间的相互作用过程,并进行测试和观测。

实验测试可以提供直观的物理现象和定量的实验数据,对于验证数值模拟结果和模型的有效性具有重要意义。

在流固耦合的研究中,还存在许多待解决的问题和挑战。

首先,流固耦合现象的模型和方法需要进一步发展和改进,以更好地符合实际问题的要求。

其次,流固耦合模型的求解方法需要更加高效和准确,以提高计算速度和求解精度。

此外,流固耦合的研究还需要考虑多尺度效应和非线性效应等复杂问题,进一步提高模型的适用范围和研究的深度。

综上所述,流固耦合作为一个重要的研究领域,对于理解自然界和工程应用中的复杂问题具有重要的意义。

流固耦合力学概述

流固耦合力学概述

流固耦合力学概述流固耦合力学是研究流体与固体之间相互作用的力学学科。

它综合了流体力学和固体力学的理论和方法,用于分析和解决流体与固体之间的耦合问题。

流固耦合力学在工程科学和地球科学中有着广泛的应用。

流固耦合力学的研究对象是流体和固体之间的相互作用。

在流体流动过程中,流体对固体表面施加的作用力会引起固体变形和应力分布的变化;而固体的变形和应力分布又会影响流体的流动行为。

因此,流固耦合力学研究的是流体和固体之间的相互作用引起的力学问题。

在工程科学中,流固耦合力学的应用非常广泛。

例如,风洞试验中的飞行器模型和桥梁模型,都要考虑流体对固体的作用力。

通过流固耦合力学的分析,可以评估飞行器或桥梁在不同流动条件下的受力情况,从而指导工程设计和结构优化。

地球科学中的流固耦合力学研究主要集中在地下水和岩土体之间的相互作用。

地下水流动会引起土壤和岩石的变形和应力变化,而土壤和岩石的变形和应力变化又会影响地下水的流动行为。

通过流固耦合力学的研究,可以预测地下水对地下工程的影响,如隧道和地铁的施工过程中需要考虑地下水的渗流对周围土体的影响。

在流固耦合力学的研究中,常用的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法和边界元法等。

这些方法可以将流体和固体的物理行为转化为数学模型,并通过计算机模拟得到解析解或近似解。

通过数值模拟,可以定量地分析流体和固体之间的相互作用,提供工程设计和决策的依据。

流固耦合力学的研究还涉及到多学科的交叉。

例如,机械工程、土木工程、水利工程和地质工程等学科都需要运用流固耦合力学的理论和方法。

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,流固耦合力学在工程科学和地球科学中的应用将越来越广泛。

流固耦合力学是研究流体与固体之间相互作用的力学学科,它综合了流体力学和固体力学的理论和方法。

在工程科学和地球科学中,流固耦合力学的研究具有重要的意义和广泛的应用价值。

通过数值模拟和实验研究,可以揭示流体和固体之间的相互作用机制,为工程设计和决策提供科学依据。

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流固耦合概述及应用研究进展摘要流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支。

顾名思义,它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。

流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid.solid interaction):变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动,而变形或运动又反过来影响流场,从而改变流体载荷的分布和大小。

总体上 ,流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上 ,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起 ,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。

1 流固耦合概述1.1引言历史上,人们对流固耦合现象的早期认识源于飞机工程中的气动弹性问题。

Wright兄弟和其它航空先驱者都曾遇到过气动弹性问题。

直到1939年二战前夕,由于飞机工业的迅猛发展,大量出现的飞机气动弹性问题的需要,有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。

从而,气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支。

如果将与飞机颤振密切相关的气动弹性研究作为流固耦合的第一次高潮的话,则与风激振动及化工容器密切相关的研究可作为流固耦合研究的第二次高潮。

事实上,从美国ASME应用力学部召开的历次流固耦合研讨会上可以看出,流固耦合问题涉及到很多方面。

比如:空中爆炸及响应,噪声相互作用问题,气动弹性,水弹性问题,充液结构内的爆炸分析,管道中的水锤效应,充液容器的晃动及毛细流中血细胞的变形,沉浸结构的瞬态运动,流固相互冲击,板的颤振及流体引起的振动,圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统,声音与结构的相互作用,涡流与结构的相互作用,机械工程中的机械气动弹性问题等等。

1.2流固耦合力学定义和特点流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的--I'l力学分支。

顾名思义,它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。

流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid-solid interaction).变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动,而变形或运动又反过来影响流场,从而改变流体载荷的分布和大小。

正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。

流固耦合问题可由其耦合方程来定义,这组方程的定义域同时有流体域与固体域,而未知变量含有描述流体现象的变量及描述固体现象的变量,一般而言,具有以下两点特征:a)流体域或固体域均不可能单独地求解;b)无法显式地消去描述流体运动的独立变量或描述固体运动的独立变量。

1.3流固耦合力学涉及领域及分类流固耦合问题涉及到很多方面。

比如:工程实际中所涉及到的流固耦合问题,诸如地下水抽放和油气开采所引起的地表沉降的流固耦合,水库诱发地震的流固耦合,岩坡和坝基(含深基坑开挖)的稳定性,煤层瓦斯的耦合渗流和突出,地热开发利用中的流固耦合,核废料地下储存以及石油、天然气开发过程中的流固耦合问题,储层流固耦合渗流的研究方法和理论进展,流激振动及其控制,空中爆炸及响应,噪声相互作用问题,气动弹性,水弹性问题,充液结构内的爆炸分析,管道中的水锤效应,充液容器的晃动,沉浸结构的瞬态运动,流固相互冲击,板的颤振及流体引起的振动,圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统,声音与结构的相互作用,涡流与结构的相互作用,机械工程中的机械气动弹性问题,生物力学中血流同血管,组织液同细胞组织等耦合问题,毛细流中血细胞的变形问题,飞行器等在水中坠落涉及的耦合问题。

此外,在近代科学技术的发展中,许多涉及物相变化、化学变化的两相耦合问题,例如,宇宙飞行器在星际航行中接近周围有大气的星球时,其环境发生剧烈变化,强光、强热的影响、粒子侵蚀、表面烧蚀、催化等物理化学作用使结构的气动外形变化,出现更为复杂的气固耦合问题,高温、高热下液态金属的固化过程中,或高速冲击、穿甲过程中同一物质液态、固态同时共存,且区域不停变化,其整个过程的研究遇到的液固耦合问题等,以及有关流固耦合振动的利用问题,如旋转叶片的气弹自适应弯矩、气弹变形制动等。

显然,流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。

从总体上来看,流固耦合问题按其耦合机理可分为两大类。

第一大类问题的特征是两相域部分或全部重叠在一起,难以明显地分开,使描述物理现象的方程,特别是本构方程需要针对具体的物理现象来建立,其耦合效应通过描述问题的微分方程而体现。

第二大类问题的特征是耦合作用仅仅发生在两相交界面上,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的。

问题a)是流体与固体结构之间有大的相对运动的问题。

其典型例子是机翼颤振或悬桥振荡中发生的气固相互作用,这被人们习惯称其为气动弹性力学问题。

问题b)是具有流体有限位移的短期问题。

这类问题由引起位形变化的流体中的爆炸或冲击引起。

其特点是:人们极其关心的相互作用是在瞬间完成的,总位移是有限的,但流体的压缩性是十分重要的。

问题c)是具有流体有限位移的长期问题,如近海结构对波或地震的响应、噪声振动的响应、充液容器的液固耦合振动、船水响应等都是这类问题的典型例子。

对这类问题,人们主要关心的是耦合系统对外加动力载荷的动态响应。

1.4流固耦合问题研究现状1903年Langley的单翼机首次有动力的飞行试验时因机翼断裂而坠入Potomac河中。

10年后,Brewer的研究指出这一事故是一典型的气动弹性静扭转发散问题。

第一次世界大战初期,Handley Page轰炸机的尾翼颤振坠毁导致TLanchester以及Bairstow与Fage进行了第一批有目的的气动弹性颤振研究。

Theodorsen系统地建立了非定常气动力理论,为气动弹性不稳定及颤振机理的研究奠定了基础。

直到1939年二战前夕,由于飞机工业的迅猛发展,大量出现的飞机气动弹性问题的需要,有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。

从而,气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支,并出现了一些在历史上有重要影响的专著及综述,其中有重要贡献的科学家如Theordosen,Garrick,Bisplinghoff,Y.C.Fung以及将随机概念引入气动弹性的Liepman,Y.K.Lin,Davenport等。

在气动弹性的研究史上,发生过另一件划时代的事件,使气动弹性问题的重要性首次明显地表现于航空技术外的领域内。

这就是1940年Tacoma 悬桥在相当低的风速下(19米/秒)振动激励而倒塌。

此后桥梁颤振问题得到了建筑工程师的高度重视。

在土木工程中,一般认为Westergaard是研究坝水耦合的创始人。

他在1933年发表了他的著名论文,给出了刚性重力坝在水平地震载荷下的动水压力分布,其解至今仍为许多国家的坝工抗震设计规范所沿用。

然而,由于Westergaard解中,假定了刚性坝并给出了地面运动的规律,因而其解本质上并未计及两相的耦合作用,只是求解了一个给定边界条件的流体动力问题。

至于对这类问题,考虑耦合作用的研究可见美加利福尼亚大学Chopra的论文。

与坝水耦合问题类似的一类液固耦合问题是水中柱体的耦联振动问题。

对这类问题,国内以著名力学家郑哲敏院士为代表的许多专家作了不少的研究,如流体引起管道振动的研究源于横垮阿拉伯输油管道振动分析的需要。

Feodosev,Housner及Niordson是早期研究简支直输液管道稳定性的学者。

应用不同的方法,他们得到了相同的基本运动方程并得出有关稳定性的相同结论。

至于悬臂输流直管的开创性研究,可见Benjamin及Gregory和Paidoussis的论文。

又有记载,早在1939年Bourrieres 就对悬臂输流管作了最早的著名研究,但由于计算工具的落后,他未能确定出不稳定的临界条件。

有关流体引起管道振动的早期专著及综述文章可见,其中给出了各类问题的详细历史评述。

船水耦合动力学的早期研究,考虑船是一刚性浮体,探讨其由于船的刚体运动引起的扰动。

Haskind对这类问题作了深入的分析,他应用Green定理构造了由于船的存在及运动引起的速度位,并推导了点源Green函数的形式。

沿着Haskind的开创性工作,人们开始致力于通过速度位表示的线性边界值问题的构造和求解,考虑船舶的存在及运动对流场的影响,进行船舶刚性摇荡运动与水相互作用的研究。

在Mays的博士论文及Newman的影响甚大的综述文章中对有关历史作了详细叙述,并建立了船舶水动力学这类问题的统一理论。

至于考虑船体弹性变形的水动弹性理论的创始性工作应归功于Bishop和他的学生Price,他们在其专著中对其研究及理论作了详述。

这一专著的出版对船水动力学的研究有深远的影响,已被译成俄文。

储液容器的振荡问题的开创性研究归功于许多俄罗斯的专家。

在Moiseev的两篇著名综述报告中,详述了有关基本理论及文献。

由于当时计算工具的落后,Moiseev的研究主要局限于刚性不动容器或作简单运动刚体(如单摆)中液体的振荡,方程的导出应用了动力学的变分原理,求解采用了一些近似方法,如Ritz 法。

对于弹性结构与液体的耦合振荡,他指出这是一相当复杂的问题,仅仅讨论了梁中有液体腔的扭转及弯曲振荡问题。

沉浸于液体中的结构对爆炸波的瞬态响应短期流固耦合问题似乎最早为Taylor于1941年所研究,他在文中讨论了水中无穷大平板对一维爆炸波的响应问题。

Taylor所讨论的问题虽然简单,但他的开创性研究给出了一个重要的一般性研究方法,这就是将总噪声速度位分解为入射、反射和幅射速度位。

另一种极为重要的短期问题是变形固体的着水撞击问题。

这一问题早期研究的开创性工作归功于VonKarman,他于1929年提出了入水理论,在两相耦合面上引入基于试验结果的附加水质量,分析研究了水机降落过程中的冲击现象。

1932年Wagner 对VonKarman的方法作了修正,引入水波影响因子,使结果更符合实际。

VonKarman和Wagner的方法虽没有对流场进行仔细分析,但基于实验的假设使问题简单明了,在一定程度上也能解释撞水现象的机理,因而这一方法仍为工程设计的初期用于估算撞水力。

至于对这类问题的全场分析,则是有限元、边界元方法充分发展后的成果。

我国的流固耦合研究起自20世纪80年代,王世忠,王茹(1992)采用三维管道固液耦合分析,推出具有阻尼机制的反对称矩阵;王世忠,刘玉兰等(1998)讨论了流体的速度,压强变化以及固-液耦合阻尼和固-液耦合振动微分方程;张智勇等(2000,2001)对充液直管管系中固.液耦合对管系轴向振动相应的影响进行了研究,推导了低频情况下的充液直管轴向,横向振动传递矩阵与弯管单元的传递矩阵;薛景宏,欧进萍等(2001)研究了在沿轴向传递的剪切波和压缩波波动作用下管道的动力响应;王世忠,于石声等(2002)用有限元法推导流体输送管道固.液耦合振动方程,讨论了流体流速,压强变化以及固.液耦合阻尼和刚度对管道固有频率的影响;张敦福,王锡平等(2004)采用直接解法求出了输送管道自由振动的固有频率和极限流速;张进国,吕英民等(2004)针对储罐与管道连接这个抗震薄弱环节,研究了地震作用下储罐与管道连接波纹管的动力响应;孙建刚,滕振超等(2004)利用Ansys有限元分析软件建立了跨越管道有限元数值分析模型,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值计算,得到不同地震作用下管道的地震动响应。

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