MPS-FEM方法在流固耦合问题中的应用

发布时间：2024-03-13 23:47

　　随着船舶与海洋工程朝着大型化、深远海的方向高速发展,越来越多的船海结构物运营于复杂的海洋波浪环境中。在波浪载荷的作用下,结构物将产生弯曲变形、波激振动等流固耦合问题,结构的安全性受到空前的挑战。在既往的研究中,该问题始终未得到完善的解决,这是因为船舶与海洋工程领域的流固耦合现象具有一些难以处理的典型特征。首先,此类现象涉及固体场、液相场和气相场之间的耦合作用。在对此类问题进行分析时,不能对各物理场的运动状态独立考察,而是需要采用同时直接求解或者交叉迭代求解的方式对之分析。第二,流固耦合过程中通常存在剧烈的自由面运动,结构的振动变形幅值和周期也存在时时的跳跃、变化,流体和结构的运动都具有非线性特征。第三、波浪力的变化过程具有随机性,波浪对结构物的砰击力具有脉冲性等特征。为了能充分捕捉上述流固耦合问题的典型特征,研发一种能够应用于船舶与海洋工程领域的流固耦合求解器,具有重要的科学和实际意义。本文采用移动粒子半隐式方法(Moving Particle Semi-implicit,MPS)和有限单元法(Finite Element Method,FEM)相结合的方法对船舶与海洋工程中的流固耦合...

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【部分图文】：

图1-1船舶与海洋工程中流固耦合案例（图片来自网络，仅用于学术研究）

第1章绪论Emerald”号被检查出安全问题，该船的第三和第四号液舱内围护系统发生了结构破坏，故而不得不进行船厂维修。经调查，该结构破坏产生的原因是运营过程中舱内液体的晃荡波对围护系统产生了较长时期的流固耦合作用。2013年6月，由日本三菱重工建造的商船三井“MOLC....

图1-2流固耦合问题的数值模拟方法分类Fig.1-2Classificationofnumericalmethodsforfluidstructureinteractionproblems

浪对结构物的砰击力具有脉冲性等特征；结构物在波浪力、砰击力等作用的振动、变形、破坏也是一种时域的非线性演化过程。为能精确揭示船舶与海洋工程中流固耦合问题的机理机制，国内外学者尝试多种方法对之进行研究。其中，理论分析类方法虽然对流固耦合问题认知具有重要作用，但此类方法难以同时表达流....

图1-3流固耦合网格处理方法

（a）一致网格（b）非匹配网格图1-3流固耦合网格处理方法Fig.1-3MeshtreatmentsforFSIsimulations（left:fittedmesh;right:unfittedmesh）为解决一致网格类方法所面临的挑战，研究人员提出....

图1-4水槽泄洪流与弹性闸门之间的耦合作用（Yang等，2012）

第1章绪论Monahan的方法处理两个计算域之间力的相互作用。该项研究对二维液舱晃荡波与弹性隔板之间的相互作用过程进行了数值模拟，数值结果表现出与实验结果良好的一致性。Long等（2016）对一种不可压缩的SPH与FEM结合的方法进行了改进，为了避免流固耦合数值计....

本文编号：3927750