F5 / 流体结构相互作用

最近的市场需求趋势挑战我们对流体机械耐用性和效率的设计。经常发生操作条件的变化导致对振动行为,操作稳定性和疲劳寿命的高要求。

 
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流体结构相互作用(FSI)由流体动力学和固体的相互作用限定。 FSI存在于许多应用中,从大规模问题等等,例如飘动的飞机机翼的动态不稳定性到小规模问题,例如通过动脉瓣流过血液流动。

通过FSI模拟,工程师可以可视化和优化复杂产品的行为,并充满信心地预测性能和耐用性。

在FSI仿真中,固体可以是刚性的并且在单侧(单向耦合)上的流体作用,或者可以通过刚体运动中的反应或通过非刚性体的变形来动态地响应相互作用的流体流动。

FSI模拟仍然是非常昂贵的,因此重要的是要确定是否需要单向或双向耦合来实现预期的商业目标或者单独的流体和固体分析是否足够。如果需要耦合,则必须仔细评估满足兴趣数量所需的保真度,并相应地计算计算成本。例如,非线性材料行为将大大提高模拟成本,也可能是可能的。

这些复杂性强调了在FSI模拟中使用多年经验的合格咨询工程师的重要性。

排气歧管CFD FSI
 
 

在一种情况下,我们使用DFBI(动态流体体相互作用)算法来模拟刚体的运动,以响应流体连续体施加的力,或者我们的客户帮助我们定义的任何额外力量。我们的仿真然后计算作用在刚体上的所得力和力矩,并解决动作的控制方程,以找到刚体的新位置。

可以定义许多耦合,其限制身体相对于环境或其他机构的运动,包括弹簧阻尼器,囊状,触点和接头。

在更具挑战性的情况下,我们使用集成的固态求解器来计算流体力对结构位移的影响,但忽略了结构位移对流体流动的影响。最后在最具挑战性的情况下,我们允许结构位移或刚体运动来冲击流体流动,并且每次步骤都更新所有溶剂。

FSI模拟最普遍的使用之一是海洋运输。海洋船舶的船体,其推进系统及其方向舵,都有助于与环境的流体动力学相互作用。通过这些模拟减少寄生能量损失(船体阻力和波浪制作阻力)每年只能每年节省数千加仑的燃料。

建立船舶的动态位置与海面(“水槽和修剪”)是至关重要的,在平静的水设计条件下提供准确的阻力预测。因此,至少模拟必须包含多相和DFBI方法。

然而,但是,大多数海守分析也关注在单向或长冠的波浪中的船舶性能。我们的建模能力在包括第一和第五阶波,CNOIDAL波和不规则波和其不规则波的整个范围内延伸,以及其任何叠加(组合)。

 
 

“100多年的设计师使用进化方法建造了船舶 - 每种设计一代的一个小改进。在过去的几年里,CFD提供了一个开创性的技术,以实现革命方法 - 对每个设计一代的真正优化。“

Richard Korpus博士 - 美国航运局

 

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