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2023年4月20蹉跎岁月 日发(作者：怎么学英语)基于二维膜在流体与流体结构相互作用在可转换汽车车顶压力梯度
的应用
基于二维膜在流体与流体结构相互作用在可转换汽车车顶
压力梯度的应用
译者：徐航宇 班级：汽服09-01
班 学号：2
摘要：
研究的膜在具三顾茅庐的故事100字 有压力梯度的流动下会引起变形。重点是运用空气动力学
原理来研究加载在敞篷车车顶的变形。计算方法是开发一个线单元结构模型，结
合灵活的初始松弛的车顶材料。解决计算的流体结构相互作用产生稳定的方案，
是解决灵活的车顶的静态平衡。流体与流体结构的相互作用收敛到一个静态变形
内的位移变量需经过三个迭代之间的流体和范围在1％之内的差异结构代码。合
理的准确的预测，在7％之内，这里所研究的模型问题之间的流体和结构的代码
可能只使用一个单一的迭代。然而，变形结果却是高度依赖于研究中计算所使用
的物理参数。准确地表述应该是最初谋定而后动 的几何形状、材料性能和流体-结构计算的
预测。解决此模型问题研究的迭代方法复杂为相对较小的位移的变形计算。这种
做法会更适合于大振幅的位移的应用程序与诸如那些帆的设计中遇到的或部署
的降落伞。
关键词：
气动弹性膜流体-结构相互作用耦合方法灵活的表面
车顶
1.介绍
随着计算能力的增加，计算机辅助工程方法（包括多规律的耦合方法）成为
可行的工程分析方法。用大多数流体-结构相互作用的发展势流理论来解释，由
于流体运动的力量，这项工作已经在今朝有酒今朝醉的意思 灵活的表面压力从零平均流量流向压力梯度
的领域进行。本文报告工作，已经在一个灵活的表面施加的压力梯度下执行，如
基于二维膜在流体与流体结构相互作用在可转换汽车车顶压力梯度
的应用
所经历的一个敞篷车顶的汽车。
流体-结构相互作用的发展开始一个简化的薄柔性板的运动。Kornecki
（1978）分析了在一个无限长的平板上的运动是可能的。势流被用来确定压力、
系统驱动器的失衡，这些分析都是在零压力梯度下进行的。同样，木匠Garrrad
（1986）和克赖顿（1989）使用简单灵活壁压力梯度。古鲁斯瓦米（1990）利
用欧拉方程来研究机翼的气动弹性。这项工作一直延续到Navier-Stokes方程（古
鲁斯瓦米和卞，1993年， 1996年）。巴林特和卢西（2005）也解决了Navier-Stokes
方程中的流体 - 结构相互作用的悬臂式在一个通道中的柔性板问题。船舶舵背
后的响应推进器的研究已由Turnock和Wright （2000）完成 。
对于膜，问题通常变成非线性的，诱导张力术语，这是一个函数的位移。这
些非线性效应已被建模为柔性表面在流体亘古 结构具有零平均流体压力梯度下的变
形（纽曼的Goland ，1982） 。电位流的解决方案是用于确定变形表面上压力
场的。这项工作是比较格林哈尔希（1984）和纽曼（ 1984年，1987年）的实
验数据。工匠Shyy （1995年）的Navier-Stokes方程用来模拟流过的一个两维
的灵活的表面。主要的不同分配办法，实现了势流理论在粘性效应的成立，包括
从弯曲表面分离。
灵活的曲面造型的膜结构是类似在该变形的帆设计中遇到的具有低波数的
典型的基本模式。应用程序还影响流体的分离，这不能得到一个潜在的流程解
决方案。但是，在游艇航行模拟分离中，已开发利用势流计算的近似手段（圣西
尔纽曼，1996年）。fiddes和Gaydon （1996）使用的涡流晶格过去游艇帆的
方法来计算流量。杰克逊和Fiddes （1999年）已经轮流执行关于游艇航行在
两个方面的计算。商业CFD代码帆的设计也在研究的互动组合之间的帆（Hedges
等人，1996）中使用。这里，网是固定的几何形状，从而避免具有复杂计算的
表面变形。
在静态稳定的平衡，该表面之间的平衡结构的前后感应电压的恢复力为上部
和下部的压力差。对于双维膜，沿其长度方向是恒定的张力和影响平衡的局部压
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的应用
力系数的曲率（纽曼的Goland ，1982）。对于一个三维隔膜，在任何给定的点，
在这两个曲率的组合方向与他们相关联的密切关系点必须平衡压力。
本文制定如下。目前的问题是第一次代表提出的。此后，将开始描述模型与
计算流量的计算方法，这是详细和验证其建模能够在我们的方法中使用。结构解
算器的耦合，这对商业计算流体力学代码和源面板的方法代码包括软件接口策略
的结果的计算方法提出了不同的配置蒸发系统。最后，提出了一些结论。
2.问题描述
考虑一个二维柔性表面变形，所受的压力如图1所示。根据露西等人。
（1997），这一薄的柔励志古诗名句 性表面控制方程是
w（x，t）是垂直于X的壁位移方向，t是时间，h是
P
m
分别为材料密度和厚度。
D是一个缓冲式阻尼常数，B是抗弯刚度，
T
01
和分别为预张力和感应电压，而
T
△P是柔性壁的上表面和下表面之间的流体压力差。
图
1
:使用中的问题制定的基本原则示意图
方程（1）假定的柔性表面的一维运动，这是在两维空间中的线。一个完整的模
型将包括几何非线性和第二个方程水平运动的物质与流体的剪切应力点。这是作
为剪切应力至少一个数量的幅度小于目前正应力的问题，其中是否存在横跨膜的
压力分布。
在本研究中我们感兴趣是变形大（非线性）的振幅和压力的影响梯度，包括
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边界层分离。为了解决问题，我们所遵循的方法是典型的帆船的设计方法，例如，
西尔和纽曼（1996），忽略了时间而依赖于方程式（1）。我们也忽略了方程（1）
中的抗弯刚度项，这样的目的是为了解决
使用一个程序对变形的静态平衡进行迭代。是一个函数的位移，瓦特，从中秋诗词赏析 而使
T
1
（2）式是非线性的。通过使用的膜，可以仅由表面点考虑运动的柔性壁的特征，
从而瓦特（x）定义的边界为相对于未变形的膜表面的流体。 本工作的目的是在
流体 - 结构相互作用与周围的空气流的敞篷车车顶建模。从简化公式（1）-（2）
看出，颤振失稳有关变形状态的研究是必需的。其他波的干扰预期要由高水平的
迅速衰减。也有可能是有关可能存在的未变形状态下的不稳定的大振幅的解决方
案。然而，这一结果将表示失败，我们的固定点算法收敛。在一定的时间内，结
构恢复力会平衡内外压差施加的力。因此，该解决方案被认为是稳态沉降静态平
衡后的方案，。由于在车辆在一定的情况下，向前的速度在变化，其他相关方面
的问题超出了所研究的范围是不稳定的影响。
3.计算方法
3.1流场计算
最初，有关模型的流场计算，将进行一个刚性的车顶验证作为第一个步骤，
然后，可以使用使用一个灵活的车顶。对于所有的本文介绍的计算方法，商业
CFD软件STAR-CD （计算在这项工作在MARS动力学有限公司， 1997年）用
于离散（计算动力有限公司， 1997年）、简单的算法（ Patankar和Spalding ，
1972年）和标准k -∑紊流模型（ Jones和Launder，1972） 。在本工作中一
半使用的是Aquarter规模的顶级初一语文七年级上册 版本MIRA参考车辆（卡尔，1992）。这被选
择的原因是因为它是一个形状简化，具有周围大部分的常见的流量特性的顶部的
典型的汽车。这有助于验证我们的方法是否具有一定的几何复杂性，这将影响流
体的发展，如那些的引擎盖，因为它接近车的前风屏上。因此，在我们的模型中，
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实车的车顶周围的流动不会相同的。然而，这两种模型和实际车将经历一个大致
相似的特征压力场。其几何模型和特征尺寸如图2A。
图2:（a）二维计算域的网格配置的基础（域nottoscale），和（b）使用的Navier–网格的
斯托克斯解流场
单元的分布来实现的网眼的独立解决方案和合理的从分离模型的后角的准
确捕获（ Knight等人，2000） ，可以在图2B中看出。解决方案和合理的准确
的分离，捕获该模型的后角（Knight等人。2000）中可以从图2b看出。网格使
用的是结构化的六面体网格，是利用Fortran 77程序创建的。对模型表面采用偏
置以提高精度和减少计算费用。它也可以用来平滑变化在图2a标记的细胞块之
间的分辨率。
域扩展模型的前缘是1.25 米和船尾3.75 米。域的有限高度是1.37 米，对
应于英国华威大学风的高度隧道所允许的平行试验的结果。湍流强度的中间隧道
测量误差范围在1%之内。Th是在使用中，以常数平均流速12 m/s 作为入口的
边界流速。在实验中使用了速-测量进气流动速度静压管位于自由流上游的模型。
使用标准的无滑和无通墙边界条件代数法墙函数指定隧道墙壁、 地面局和山阴道士如相见下一句 模型
表面，应用对称或滑墙边界两侧的域。我们使用的是标准边界的压力和速度，作
为解决方案的一部分进行计算。
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图3: （a）计算机（ Navier-Stokes方程）的流场的速度矢量用于风力速度U = 12m / s的，
和（b）两维的实验和比较计算压力分布，通过压力系数的变化在屋顶的模型车。
图 3a 所示的流场的速度矢量和图 3b 所示的沿纵向中线的压力分布。在
相同的雷诺数为475,000 时，由骑士等人 （2001 年）获得的沿扁条车顶的试
验压力分布也被绘制描写月亮的优美古诗 在图 3b。可以看到，压力分布要保持完全一致。因此压力
的计算方法判断要合理准确，此适合用于二维流体结构交互作用的方法，可以克
服更大的计算费用。不过，也是充分准确流体结构螺旋线的现在研究，因为正常
的主要来源是构造变形。
在二维空间中，合理准确的解决方案可以使Navier-Stokes （NS）的解算器
的计算时间相对减少。如果相同程度的离散化是必需的，那三维计算的费用将增
加。必须进一步的开支来解决一些不同的流体的几何形状，如是在使用一个迭代
的流体 - 结构的方法的情况下。
“源面板”的方法（ Hess和史密斯，1967年）提供了势流（PF）的解决
方案，是比Navier-Stokes方程更简单的的解决方案。在这里，使用两三维边界
的元素（ orpanel ）方法对来源的奇异性进行了评估。描述比较系数（ Cp）的
压力之间的NS的解决方案和两PF解决方案已经示于图4。PF解决方案仅使用
面板来描述模型表面和地面板平行的实验研究。因为分离建模，车顶中点产生的
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压力场是对称的。一种改进的PF计算也示于图中。如图4所示，其中面板的线
被用于模拟一个分离剪切层的模型中，如所画的背面屏幕图2a和图3a中所示
的NS解决方案。但是，分离和再附点的知识要求，必须以NS溶液的方式获得。
酚醛溶液和NS的溶液的性质大致吻合。最显着的区别是分离的区域不同。
考虑到这一点，PF解决方案可以采用一种替代的方式，但比更精确的NS的解决
方案慢得多。此外，与NS解算器相比，该方法可以很容易地被集成成耦合方法，
是因为它仅需要在车辆的表面离散化，需要通过创建一个领域网来修订流体 -
结构迭代中的每个步骤。
3.2 结构计算
在图 2a所示的是两个维度的膜表示的屋顶在FORTRAN 77编写的代码评
估动态结构响应。膜的轮廓是离散化为一个用户指定的数量，N为质点。对于一
个给定的压力场，时间被用作一个溶液朝向稳态的迭代参数。图5总结了因变量
计算的结构代码。
最初，根据局部压力来确定沿表面的每一个面板端点的加速度，已经通过流
体解算器方式获得的。科雷克-尼科尔森计划（Ferziger，1998）被用计算速度，
它也反过来以相同的方式来计算位移。在膜控制方程式（3）中，这些位移被用
来估计整体的应力。
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