流固耦合动力学仿真方法及工程应用

第1章　流固耦合工程问题概论1
1.1　流固耦合工程问题发展现状/ 4
1.2　水下航行器舵系统水弹性振动发展现状/ 6
1.3　海洋立管涡激振动发展现状/ 8
1.4　风力机柔塔横风向涡激振动发展现状/ 11
1.5　旋转弹箭流固耦合发展现状/ 13
1.6　柔性结构流固耦合研究存在的问题及解决方法/ 16

第2章　流固耦合问题的基本理论与方法19
2.1　引言/ 19
2.2　多体系统动力学求解方法/ 20
2.2.1　多体系统传递矩阵法基本理论/ 20
2.2.2　有限元法（FEM）基本理论/ 26
2.3　流体载荷求解方法/ 30
2.3.1　Theodorsen非定常流体理论/ 30
2.3.2　Van der Pol（范德波尔）尾流振子模型/ 33
2.3.3　计算流体力学（CFD）理论/ 36
2.4　流固耦合问题研究的基本方法/ 43
2.5　本章小结/ 45

第3章　水下航行器舵系统振动特性仿真与分析46
3.1　引言/ 46
3.2　基于MSTMM 的舵系统建模/ 46
3.2.1　弯扭耦合梁建模/ 47
3.2.2　舵系统动力学模型/ 51
3.3　舵系统动力学参数确定方法/ 62
3.3.1　舵系统FEM建模/ 62
3.3.2　基于FEM的模型验证分析/ 63
3.3.3　基于FEM舵系统网格无关性验证/ 65
3.3.4　舵系统弯曲、扭转刚度参数获取/ 69
3.4　基于MSTMM的舵系统振动特性仿真/ 70
3.5　本章小结/ 75

第4章　水下航行器舵系统水弹性仿真与分析76
4.1　引言/ 76
4.2　基于MSTMM的舵系统水弹性计算/ 77
4.2.1　基于MSTMM的舵系统线性颤振模型频域分析/ 77
4.2.2　基于MSTMM的舵系统线性颤振模型时域分析/ 80
4.2.3　模型验证/ 81
4.2.4　基于MSTMM的舵系统水弹性计算/ 87
4.3　结构参数和间隙非线性对舵系统水弹性的影响规律/ 90
4.3.1　基于MSTMM的舵系统二元颤振模型建模方法和参数获取/ 90
4.3.2　舵系统的二元颤振模型建模/ 94
4.3.3　舵系统二元颤振模型建模合理性验证/ 98
4.3.4　计算结果分析/ 106
4.4　本章小结/ 113

第5章　柱体结构涡激振动仿真与分析114
5.1　引言/ 114
5.2　二维弹性支撑柱体涡激振动动力学模型/ 115
5.2.1　基于Van der Pol尾流振子模型的弹性支撑柱体VIV 模型/ 116
5.2.2　基于CFD模型的弹性支撑柱体VIV 建模与二次开发/ 119
5.3　二维弹性支撑柱体VIV机理/ 125
5.3.1　基于Van der Pol模型的弹性支撑柱体VIV 模型计算结果/ 125
5.3.2　基于CFD模型的弹性支撑柱体VIV 模型计算结果/ 126
5.4　三维柔性柱体涡激振动/ 132
5.4.1　三维RTP立管涡激振动/ 133
5.4.2　三维风力机塔筒涡激振动/ 142
5.5　本章小结/ 155

第6章　柱体结构涡激振动抑制方法及仿真157
6.1　引言/ 157
6.2　安装NES的二维弹性支撑柱体涡激振动减振/ 158
6.2.1　NES简介/ 158
6.2.2　基于Van der Pol尾流振子模型的R-NES减振/ 159
6.2.3　基于CFD模型的T-NES减振/ 170
6.2.4　基于Van der Pol尾流振子模型的T-NES涡振控制/ 180
6.3　安装螺旋列板的三维海洋立管涡激振动减振/ 187
6.3.1　基于CFD/FEM双向耦合的立管涡激振动模型验证/ 187
6.3.2　安装有螺旋列板的立管涡激振动响应/ 191
6.4　本章小结/ 195

第7章　弹箭单双向流固耦合仿真与分析196
7.1　引言/ 196
7.2　旋转弹箭空气动力学计算/ 197
7.2.1　M910和F4旋转弹箭计算参数/ 197
7.2.2　计算流场设置/ 199
7.2.3　气动特性计算公式/ 202
7.2.4　M910和F4旋转弹箭气动特性分析/ 203
7.3　火箭弹静气动弹性仿真计算/ 210
7.3.1　弹箭法向力分布数值计算/ 210
7.3.2　静气动弹性计算/ 212
7.4　火箭弹静气动热弹性仿真计算/ 225
7.4.1　静气动热弹性单向耦合计算方法/ 225
7.4.2　火箭弹静气动加热数值计算/ 227
7.4.3　火箭弹静气动热弹性分析/ 231
7.5　本章小结/ 233
　　　
参考文献234