【摘 要】
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流固耦合问题是工程实践中经常遇到的问题,它涉及到许多不同的领域,这类问题可能会引起结构破坏,造成巨大的经济损失并且危及周围安全。因此,深入研究流固耦合问题,对于保证工程的
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流固耦合问题是工程实践中经常遇到的问题,它涉及到许多不同的领域,这类问题可能会引起结构破坏,造成巨大的经济损失并且危及周围安全。因此,深入研究流固耦合问题,对于保证工程的安全性具有非常重要的意义。随着科学技术的发展,模拟仿真在研究流固耦合问题中发挥的作用越来越大,研究人员提出了许多不同的数值方法来处理流固耦合问题。但由于描述流体运动通常基于Euler坐标系,而描述固体运动则基于Lagrange坐标系,因此在处理流固耦合问题时需要考虑不同坐标系之间的转换以及Euler坐标系描述流体运动时引起的迁移项。此外,流固耦合作用引起的结构破坏会使得计算域不再连续,现有的经典理论在计算不连续问题时需要额外进行繁复的处理。 针对这些问题,本文采用近场动力学态理论,基于Lagrange描述,对流固耦合问题进行了初步研究。主要研究内容及成果如下: 1.采用近场动力学态理论,以粒子变形作为基本态描述粒子的变形梯度,并以此为桥梁在近场动力学理论中实现传统连续介质力学的本构方程,得到适用于求解流体流动的近场动力学运动方程; 2.通过分析流固耦合界面上的相互作用力关系,将流体域与固体域统一采用Lagrange描述,建立了流固耦合界面上的压力模型与粘性力模型,提出了基于近场动力学理论的流固耦合模型。 3.基于上述近场动力学流体运动方程与流固耦合模型详细推导了空间离散格式,并采用Velocity-Verlet积分算法对近场动力学理论方程进行时间积分。 4.采用Fortran语言中的链表格式,实现了入口流入粒子的添加和出口流出粒子的删除,编写了的近场动力学应用程序。以绕流问题为例,验证了近场动力学理论处理流固耦合问题的可行性;并针对粒子间距等相关计算变量,分析了近场动力学方法在计算流固耦合问题时影响计算结果精度的因素。
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