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轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟
第３０卷第２期 南华大学学报(自然科学版) Ｖｏｌ３０ Ｎｏ２
２０１６年６月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ(Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ) Ｊｕｎ２０１６
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文章编号:１６７３ ００６２(２０１６)０２ ００５９ ０６
轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度
流固耦合的数值模拟
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王 凡ꎬ郭长青 ꎬ郑 坤
(南华大学 城市建设学院ꎬ湖南 衡阳４２１００１)
摘 要:分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场
特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散ꎻ流场采用二维不可压缩粘性
流体Ｎ￣Ｓ方程ꎬ并用有限体积法离散ꎻ在此基础上结合动网格控制技术ꎬ建立模拟双
向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了
单块简支板随流速变化流致振动特性ꎬ研究了结构大挠度的振动稳定性ꎬ分别得到了
Ｐｉｔｃｈｆｏｒｋ分岔曲线和非线性系统结构的Ｈｏｐｆ 分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同
间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.
关键词:弹性薄板ꎻ大挠度ꎻ振动响应ꎻ流场特性ꎻ双向流固耦合
中图分类号:Ｏ３３ 文献标识码:Ａ
Ｆｌｕｉｄ￣ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｙ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｐａｒａｌｌｅｌ
Ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ Ｌａｒｇｅ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ Ａｘｉａｌ Ｆｌｏｗ
∗
ＷＡＮＧ ＦａｎꎬＧＵＯ Ｃｈａｎｇ￣ｑｉｎｇ ꎬＺＨＥＮＧ Ｋｕｎ
(Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ ＣｈｉｎａꎬＨｅｎｇｙａｎｇꎬＨｕｎａｎ４２１００１ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｉｍｐｌｙ￣ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｅｌａｓｔｉｃｔｈｉｎｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏ ａｘｉａｌｆｌｏｗ
ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ.Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ ｂｙ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ￣
ｂａｓｅｄｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｆｌｕｉｄ ｄｏｍａｉｎ ｉｓｇｏｖｅｒｎｅｄ ｂｙ ｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ ｖｉｓ￣
ｃｏｕｓ Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓꎬｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｖｏｌｕｍｅ ｍｅｔｈｏｄ.Ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｔｈｉｓ ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｇｒｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅ ｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｍｐｌｙ￣ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｅｌａｓｔｉｃ ｔｈｉｎ ｐｌａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ ｗｉｔｈ ｔｗｏ￣ｗａｙ ｆｌｕｉｄ￣ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｓｂｕｉｌｔ.Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌꎬｔｈｅｆｌｏｗ￣ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔ
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