水下结构流固耦合题目的仿真与试验研究

admin · 发表于 2023-10-18 09:25:15

题目：

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雅宝题库解析：
汽车是一个复杂的多物理场系统，诸多学科在此交叉。例如，流体与结构的相互作用就是汽车工程领域中最典型的学科交叉题目之一。一方面，结构会在流体载荷的作用下产生变形；另一方面，变形的结构又反过来影响流场的分布。探索此类题目的数值模拟和实验技术，对新产品开发十分重要。首先，本文研究了具有结构大变形的流-固耦合题目数值模拟方法。对充液金属圆柱壳在轴向冲击载荷作用下的动态响应，应用ALE法进行了仿真。给出了适合此类题目的仿真关键参数的选择范围，仿真结果与文献中实验结果吻合较好。并进一步通过正交实验设计精选了设计点，通过大量仿真数据构造了响应表面，得到了圆柱壳的冲击力峰值、比吸能、压溃距离等冲击吸能特性与其直径、壁厚、屈服极限和充液比之间的二阶函数表达式。推导并绘制了三个响应量对各设计变量的灵敏度曲线。其次，设计了用于验证水下运动机构流-固耦合仿真精度的实验平台。按照机械设计方法学原理，从动力学平衡方程入手，对实验系统的工作原理、驱动方式、系统组成、参数测量、实验方法等进行了分析，提出了多种方案并权衡了利弊。综合考虑实验装置的准确性、可靠性、经济性、通用性和工艺性，最终确定流体驱动和外部电机驱动两种动力方案；绘制了全部零件图和装配图；选定了传感器及其他测试设备。最后，探索了小尺度实验与全尺度系统在几何及实验条件上的相似关系。在相似π定理的基础上，运用量纲矩阵法，探索了广义的流-固耦合作用下不同物理量的相似规律。针对电机驱动方案，分别建立了实验系统的全尺度、1/2和1/3相似模型；通过数值实验，研究了针对特殊条件下的相似规律。通过与理论规律相比较，总结了利用广义相似理论解决复杂物理现象尺度题目的局限性，指明了今后的科研方向。

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