题目：受流体驱动变形体流-固耦合问题研究

 

在汽车这一复杂的系统里，众多机构在多物理场耦合场中工作。其中，由流体驱动的结构运动及变形工况具有耦合问题的典型性。研究多物理场耦合机理、进行相关实验验证、探讨仿真模拟方法，不仅有重要的科学意义，同时有工程实用价值，有助于掌握多物理场耦合问题的分析方法，指导相关产品的设计、开发、生产。

本文首先对课题组开发的专用流-固耦合实验平台进行改进与相关实验，研究了弹性薄板因受流体驱动而绕轴转动直至碰撞档杆全过程的流-固耦合现象。改进了原有实验平台，解决了流速不可调和转轴转动惯量过大问题。完成了平板水下绕轴转动碰撞过程实验，得到平板转角-时间历程、平板所受总力矩、平板表面测量点应变-时间历程等，为流-固耦合仿真计算提供对比依据。

然后，基于WORKBENCH平台下瞬态结构与瞬态流体模块对受流体驱动平板振动过程进行联合仿真。计算得到结构域的平板角位移-时间历程、平板特定点应力-时间历程、平板表面的应力分布；流体域的瞬时流速和流场压强分布；分析了耦合作用对受流体驱动平板振动过程的影响。

最后，基于FLUENT与LS-DYNA对受流体驱动平板转动及碰撞过程进行联合仿真。利用FLUENT计算平板在流体驱动下绕轴转动、直到与档杆碰撞的全过程，得到平板的角位移-时间历程、平板表面的应力分布、流体域瞬态流速和流场压强分布。将耦合界面提取的瞬时压强作为初始条件，在LS-DYNA中进行碰撞仿真，所得结果与实验结果进行对照。

研究结果表明：WORKBENCH平台下的双向瞬态流-固耦合能够实现耦合界面数据实时传递，效率高，但只能针对结构存在小位移、小变形（如振动）的流-固耦合分析；对结构同时存在大位移及大变形（如水下运动并碰撞）的流-固耦合分析，可采用FLUENT与LS-DYNA联合仿真，但此种联立计算的顺序耦合方法效率较低，且两程序间的接口文件需要针对具体问题自行编写，较为繁杂。