考虑空气的弹性壳砰击水面的光滑粒子法研究

批准号:
11802219
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
闫蕊
依托单位:
学科分类:
A0810.流固耦合力学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
梁毅辰、毕永强、刘旭
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中文摘要
弹性壳砰击水面问题的研究在航空、航天、航海等领域均有重要的意义,现有的研究大多将结构物视为刚体,而实际中有很多薄壁结构在受到流体的作用力后会发生变形,变形特性再反作用于流体,形成更复杂的流固耦合问题。光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种无网格方法,在模拟中不存在大变形所引起的网格畸变,界面处理灵活,非常适合处理此类结构物产生大变形的流固耦合问题。本项目以弹性壳砰击水面为研究背景,发展固-液-气三相耦合的三维SPH方法。首先建立SPH壳模型,使用一层SPH粒子模拟薄壁结构,解决SPH模拟固体时存在的计算不稳定和精度差的问题;然后建立弹性壳-水的三维耦合模型,研究结构弹性变形在砰击过程中的影响;最后建立弹性壳-水-空气的耦合模型,发展三相界面的处理方法,实现三维模型的并行计算,将其应用于典型结构物砰击水面问题中。本项目的研究成果不仅是对SPH方法的发展,同时也为实际的工程问题提供参考。
英文摘要
Elastic shell impact with water exists widely in aerospace and navigation. In the literature, many researches investigated the hydrodynamic pressure at the fluid–structure interface during the water entry of rigid or very stiff bodies. However, in practice, many thin-walled structures will deform after being subjected to fluid forces, and the deformation characteristics will then act on the fluid to form a more complicated fluid-structure interaction problem. Smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is one of the mesh-free methods. Mesh distortion could be avoided in SPH. It is also easy to track the motion of particles and treat interface. Three dimensional SPH model that involves elastic shell, water and air will be developed in this project, which is used to simulate elastic shell impact with water. First, SPH shell model using a single layer of particles will be established. Tests and improvements on the stability and consistency are necessary in SPH solid simulation. Second, coupled elastic shell-water model will be established, which aims on the research of elastic effects during impact. Finally, the method to deal with three-phase interface will be developed and coupled SPH model of shell-water-air will be established. We will use proper parallel strategy to accelerate code and use this code to the simulation of different classical structure impact with water. The work in this project are not only for the development of SPH method, but also provide a reference for the actual engineering problems.
弹性壳砰击水面问题的研究在航空、航天、航海等领域均有重要的意义,现有的研究大多将结构物视为刚体,而实际中有很多薄壁结构在受到流体的作用力后会发生变形,变形特性再反作用于流体,形成更复杂的流固耦合问题。光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种无网格方法,在模拟中不存在大变形所引起的网格畸变,界面处理灵活,非常适合处理此类结构物产生大变形的流固耦合问题。研究内容主要围绕着流固耦合问题的SPH模拟技术及相关试验的实现。首先,解决了SPH在模拟弹性体时出现的不稳定问题,研究了两个弹性体界面的处理方法,在此基础上实现了弹性体碰撞问题的SPH模拟。其次,研究弹性体与流体的耦合问题,模拟了弹性水坝泄流、弹性结构砰击水面等问题。针对模拟过程中遇到的计算速度问题,采用了包括GPU并行计算的三种方法提高模拟速度。此外,本研究对结构物入水的相关试验装置进行了设计,为以后的相关研究工作打下基础。
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A novel thermal-mechanical model and the characteristics of interfacial stress in the laminated structure for flexible electronics
柔性电子叠层结构中新型热力模型及界面应力特征
DOI:10.1088/1361-6463/ac30b9
发表时间:2021-11
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Xu Liu;Yuanying Qiu;Yuan Wei;Rui Yan
通讯作者:Rui Yan
Simulation of contact interface between elastic solids using smoothed particle hydrodynamics
使用平滑粒子流体动力学模拟弹性固体之间的接触界面
DOI:10.1007/s40571-021-00400-6
发表时间:2021-03
期刊:Computational Particle Mechanics
影响因子:3.3
作者:Rui Yan;Yongqiang Bi;Wei Jiang
通讯作者:Wei Jiang
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