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流固耦合动力学仿真方法及工程应用
作者：陈东阳，刘飞飞，肖清 等 著
出版社：化学工业出版社
出版时间：2021-06-01
ISBN：9787122385987
定价：¥99.00
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内容简介
本书详细介绍了流固耦合动力学中的若干工程问题，如水下航行器舵系统、海洋立管、风力机柔塔、旋转弹箭等工程结构的典型流固耦合动力学问题，涉及气动弹性、水弹性、计算流体力学、结构动力学、多体系统动力学等学科知识。本书不仅介绍了基于商业软件ANSYS的常规流固耦合方法，而且涵盖了若干基于多体系统传递矩阵法的流固耦合动力学最新成果。本书理论与实际工程紧密结合，并配有较多的实际工程算例，部分算例还直接提供了商业软件二次开发程序、MATLAB仿真程序。 本书适合力学、海洋工程、兵器科学与技术、航空航天工程、土木工程等专业的高年级本科生、研究生和相关领域的工程技术人员使用。
作者简介
陈东阳，硕士研究生导师，墨尔本皇家理工大学航空工程学院访问学者，仿真秀平台优秀专栏作者。长期从事流固耦合动力学、振动控制、流动控制与减振降噪研究。主持包括国家自然科学基金在内的纵/横向项目十余项、发表SCI、EI等期刊检索论文39篇、授权/受理专利27项、获得软件著作权8项。在仿真秀平台开设流固耦合动力学仿真与工程应用等课程。
目录
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
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
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