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限制其流动的固体壁之间的相互作用问题。
内部绕流外部绕流
7
龙卷风雷暴
全球气候飓风飞机舰艇
空气污染河流、水利
高速列车潜艇
11
水上运动自行车赛艇
赛车冲浪
建筑
农业：灌溉
25 2627 2829
30
Basic Fins Vented Fins
Slotted Chamfered Corner
Corners Corners Cutting
拐角修正即可以达到减振效果
流固耦合效应研究—
39
¾风荷载预测——大连中国石油大厦(2007年，2009年)
三维鞍形薄膜屋盖(2001年-至今)
41
CFD数值模拟的模型示意图
流场速度分布矢量图
45
深圳大运会体育场(2007年)
流场速度分布矢量图
47
¾复杂地形的风环境预测与评估
50
度
为0.4665R(FAST反射面距离球心的半径为R，R=300m)。
馈源运动球面与FAST反射面之间的关系示意图0度风向角下馈源运动球面附近的风场分布该高度处的风场由于受到山势的阻
挡效应，FAST反射面上空的相当高
55Space Structure Research Center, HIT, CHINA 55/60
210度
210度
无挡风墙
挡风墙(a)
56Space Structure Research Center, HIT, CHINA 56/60210度
210度
挡风墙(b)
挡风墙(c)。
第２１卷第６期２０２３年６月动力学与控制学报J O U R N A L O FD Y N AM I C SA N DC O N T R O LV o l ．２１N o ．６J u n ．２０２３文章编号:１６７２Ｇ６５５３Ｇ２０２３Ｇ２１(６)Ｇ００１Ｇ００２D O I :１０．６０５２/１６７２Ｇ６５５３Ｇ２０２３Ｇ０８４㊀２０２３Ｇ０６Ｇ０２收到第１稿,２０２３Ｇ０６Ｇ１８收到修改稿．∗国家自然科学基金资助项目(１１９３２０１１),N a t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (１１９３２０１１)．†通信作者E Ｇm a i l :q u y e g a o ＠s jt u ．e d u ．c n 流固耦合动力学与控制专题序∗瞿叶高１†㊀王琳２㊀张伟伟３(１．上海交通大学机械与动力工程学院,上海㊀２００２４０)(２．华中科技大学航空航天学院,武汉㊀４３００７４)(３．西北工业大学航空学院,西安㊀７１００７２)摘要㊀围绕管道流固耦合振动建模理论与方法㊁流致振动与控制㊁涡激振动抑制等研究主题,本专刊介绍了流固耦合动力学与控制领域的一些研究成果．关键词㊀流固耦合,㊀流致振动,㊀涡激振动,㊀振动控制中图分类号:O ３２２文献标志码:AP r e f a c e t o t h e S p e c i a l I s s u e :D yn a m i c s a n dC o n t r o l o f C o u p l e dF l u i d ＧS t r u c t u r e S ys t e m ∗Q uY e g a o １†㊀W a n g L i n ２㊀Z h a n g We i w e i ３(１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,S h a n g h a i J i a oT o n g U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i ㊀２００２４０,C h i n a )(２．S c h o o l o fA e r o s p a c eE n g i n e e r i n g ,H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,W u h a n ㊀４３００７４,C h i n a )(３．S c h o o l o fA e r o n a u t i c s ,N o r t h w e s tU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,X i a n ㊀７１００７２,C h i n a )A b s t r a c t ㊀T h i s s p e c i a l i s s u e i n t e n d s t o p r e s e n t t h en e wr e s e a r c h p r o g r e s s e s o f t h e f i e l do f d yn a m i c s a n d c o n t r o l o f f l u i d Ｇs t r u c t u r e i n t e r a c t i o n s ．S p e c i a l t o p i c s i n c l u d i n g d y n a m i cm o d e l i n g m e t h o d s o f p i p e s ,f l o w Ｇi n d u c e dv i b r a t i o na n d c o n t r o l ,a n dv o r t e x Ｇi n d u c e dv i b r a t i o n c o n t r o l a r e c o n s i d e r e d ．K e y wo r d s ㊀f l u i d Ｇs t r u c t u r e i n t e r a c t i o n ,㊀f l o w Ｇi n d u c e dv i b r a t i o n ,㊀v o r t e x Ｇi n d u c e dv i b r a t i o n ,㊀v i b r a t i o n c o n t r o l序言流固耦合动力学是航空㊁航天㊁船舶㊁土木㊁海洋工程㊁轨道交通等领域重大工程和装备设计㊁建造及运行中关注的核心基础性力学问题之一．流体与固体的相互作用诱发的动力学问题不仅影响装备和工程结构的关键性能,还可能引起装备和结构的破坏失效,导致巨大的生命财产损失．如飞行器结构颤振㊁海洋立管涡激振动㊁土木结构风激振动㊁舰艇振动与噪声等诱发的安全和可靠性问题．流固耦合动力学系统具有显著的非线性特征,其动力学现象㊁内在机理与控制等研究受到学术界和工程领域的广泛关注[１－３]．近年来,随着力学与数学㊁材料科学㊁信息科学等深度交叉与融合,在流固耦合力学新现象和机理㊁理论分析㊁数值计算㊁实验技术以及动力学控制方法等方面促生了新的学科增长点,也取得了诸多研究突破．为了及时总结流固耦合动力学领域的最新研究成果,特组织 流固耦合动力学与控制 专刊,共包括９篇论文(含２篇综述论文),涉及流固耦合动力学建模理论与方法㊁管道流固耦合振动与控制㊁涡激振动抑制等研究领域．华中科技大学何毅翔等的«外流作用下管道流动㊀力㊀学㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报２０２３年第２１卷固耦合非线性动力学研究进展»梳理了国内外学者在外流作用下管道振动领域的研究成果,重点分析了柔性管道分别在横向外流和轴向外流作用下的流固耦合非线性振动行为,从理论建模㊁仿真分析和实验研究等方面探讨了外部流体对管道动力学行为的影响机制,对当前国内外研究现状进行了简要的总结,并给出了这一研究领域仍存在的难点和挑战．天津大学唐冶等的«输流管道动力学与控制的最新进展»对输流直管/曲管㊁不同外形输流管道㊁复杂支承和约束输流管道㊁运动输流管道㊁内流和外流作用下输流管道㊁多相流输流管道㊁复合材料输流管道动力学特性及输流管道的振动控制等进行了回顾,并对管道流固耦合非线性振动力学模型降维㊁非线性动力学求解方法㊁输流管道宽频振动控制等挑战问题进行了展望．上海交通大学宿恒等的«大变形柔性管道两相流流致振动研究»针对柔性管道内段塞流引起的结构大变形流致振动问题,采用分区强流固耦合方法建立了面向大变形两相流输运管道的双向流固耦合数值计算模型,研究了不同气相表观流速下段塞流诱导的柔性管道大变形流致振动响应特性,分析了柔性管道的振动模态切换特性及管道的大变形振动对两相流流动特性的影响规律．上海大学高思禹等的«热环境中超临界黏弹性输流管道自由振动分析»以热环境中超临界自由振动的输流管道为研究对象,通过广义H a m i l t o n原理建立了两端简支受温度影响的输流管道的控制方程,基于复模态法和伽辽金法离散系统偏微分－积分控制方程,得到热环境下超临界输流管道的模态函数和固有频率,分析了温度增量及初始轴力对管道固有频率的影响规律．上海交通大学赵峰等的«含翼板浮式防波堤消浪性能分析»基于粘性流体理论,采用计算流体力学方法,对新提出的一种含翼板的箱型浮式防波堤和不含翼板的传统箱型浮式防波堤进行了数值模拟,对比分析了两种浮式防波堤的消浪效果㊁运动响应和流场特性．北京航空航天大学罗宸晟等的«涡激旋转下方柱小幅振荡模态的自由流线边界层理论模型»综合钝体绕流的自由流线与边界层理论,建立了流固耦合中方形柱体涡激旋转小幅振荡模态下的自由流线－边界层理论分析模型,并且通过浸没边界法进行数值仿真,分析了小幅振荡模态的主要驱动力,解释了出现周期性振荡的原因．西南石油大学高岳等的«弯曲柔性立管段塞流致振动实验研究»在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,研究了气液混合流速和气液比两个流动参数对柔性立管振动响应的影响,分析了振幅与振频的时空分布㊁管内液塞长度㊁压力波动的变化规律及它们间的内在联系．长沙理工大学罗楚钰等的«基于表面吸气的矩形截面涡激振动抑制及机理研究»采用数值模拟方法研究侧表面双气孔稳定吸气对宽高比为４:１的矩形柱体涡激振动的控制特性,分析了无量纲吸气流量对涡激振动抑制的影响机制和效果．中国核动力研究设计院刘理涛等的«小型模块化压水核反应堆堆内构件模态特性研究»以国内自主研发的小型模块化压水核反应堆堆内构件为研究对象,采用有限元法开展了反应堆堆内构件干模态和湿模态数值建模分析,获得了吊篮组件㊁压紧组件㊁压紧筒组件以及分流环板在空气和静水中的固有频率及相应的振型,并开展模态试验验证了数值模型的正确性．流固耦合动力学与控制的研究内涵和应用领域非常丰富和宽泛．受篇幅所限,本专刊所收录的论文还远不够全面,只能选取某些特定研究方向上的代表性问题进行展示．其他重要方向,如流固耦合动力学数值计算方法㊁实验技术㊁流致振动智能控制及其在航空㊁航天㊁船舶㊁土木㊁海洋工程㊁轨道交通等工程领域应用等研究还有待于进一步完善．参考文献[１]D OW E L L E H,HA L L K C．M o d e l i n g o ff l u i dＧs t r u c t u r e i n t e r a c t i o n[J]．A n n u a lR e v i e w o fF l u i dM e c h a n i c s,２００１,３３(１):４４５－４９０．[２]K AMA K O T IR,S H Y Y W．F l u i dＧs t r u c t u r e i n t e r a cＧt i o nf o ra e r o e l a s t i ca p p l i c a t i o n s[J]．P r o g r e s si nA e r o s p a c eS c i e n c e s,２００４,４０(８):５３５－５５８．[３]P AÏD O U S S I S M P．F l u i dＧS t r u c t u r eI n t e r a c t i o n s: S l e n d e r S t r u c t u r e s a n dA x i a lF l o w:S e c o n dE d i t i o n[J]．E l s e v i e r I n c．,２０１６２。
耦合映像格子模型时空混沌的控制刘璐;谷开慧;孙晓冰;刑淑芝;孟瑜【摘要】Spatiotemporal modes of a coupled map lattice chaotic electrical-optical bistable system were studied by means of the nonlinear feedback method and constant diviation method. We have draw space-amplitude plot. Numerical simulation results show that there is a definite functional relationship between the control re-sults and control parameters in a certain region of compressed phase space,when we control the spatiotemporal chaos to homogeneous stable state.The state was very steading by sequence diagram. We would prove that the constant diviation method was effective.%采用非线性反馈方法研究耦合电光双稳映像格子混沌系统的控制。
画出空间振幅变化图。
数值模拟的结构表明：在一定的相空间压缩参数区域内，控制时空混沌到均匀稳定状态时，控制结果与控制参数之间存在关系。
同时利用计算机模拟了相应参数下的时序图，格点处于稳定状态，从而证明常数偏移法的有效性。
【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】3页(P11-13)【关键词】电光双稳系统;时空混沌;控制【作者】刘璐;谷开慧;孙晓冰;刑淑芝;孟瑜【作者单位】长春理工大学，吉林长春 130000;长春理工大学，吉林长春130000;长春理工大学，吉林长春 130000;长春理工大学，吉林长春 130000;长春理工大学，吉林长春 130000【正文语种】中文【中图分类】O4-34自Ott等[1]提出混沌控制理论(OGY)以来,混沌控制及其应用引起人们广泛关注[2-6]。
基于SPH方法的流固耦合模型研究随着计算机技术的不断发展，流固耦合模拟已经成为了现代工程学科领域中非常重要的研究方向。
目前，流固耦合模拟已经广泛应用于各个领域，如船舶航行、风力发电、地震灾害、工艺加工等。
流固耦合模拟主要基于连续介质力学和流体力学的相关理论，采用数值计算方法进行模拟。
其中，SPH方法是一种流体模拟方法，近年来得到了越来越广泛的应用。
SPH方法(Smoothed Particle Hydrodynamics)最早由Gingold和Monaghan于1977年提出，在计算大规模非致密流动、波浪、水下爆炸等问题方面具有较大优势，因此逐渐被应用于流固耦合模拟的计算中。
在流固耦合问题中，SPH方法可以用于模拟液体和气体物质的流动，并且能够通过与固体模拟方法相结合，实现流固耦合问题的有效求解。
其中，液体和气体物质通常使用SPH方法进行模拟，而固体则可以使用有限元法等方法进行模拟。
在SPH方法的流体部分中，粒子固定在特定的位置上，通过计算每个粒子周围的差分算法，求解该位置上的流体参数，如密度、速度等。
例如，在计算流体的压力时，可以利用碰撞模型和黏性模型来估计流体压力，并将结果进行平滑处理。
而在SPH方法的固体部分中，通常采用有限元法等方法对固体运动进行建模。
流固耦合模拟将流体和固体模型相结合，通过流体和固体之间的相互作用，实现物理模型的概括。
在流体模型中，流体粒子周围的固体粒子会对流体粒子施加力，并影响流体的变形。
而在固体模型中，固体粒子周围的流体粒子则同样会产生作用力，对固体的运动和变形产生影响。
目前，流固耦合模拟已经得到广泛应用，尤其是在工业生产中的应用更加广泛。
例如，在模拟水下爆炸问题时，通过SPH方法可以精确地计算爆炸能量对水的影响，从而进行水流压力传导和渣堆析出等一系列物理过程的模拟。
又例如，在海洋工程中，通过SPH方法可以模拟海洋中的波浪、涌浪、海浪等情况，可以帮助研究人员更好地研究和预测海洋中的各种现象。
第43卷第10期2010年10月土 木 工 程 学 报C H I N A C I V I LE N G I N E E R I N G J O U R N A LV o l .43O c t . N o .102010基金项目:国家自然科学基金重大研究计划重点项目(90815021)、国家自然科学基金(50908068)和(50708030)、"十一五"国家科技支撑项目(2006B A J 03B 04)、中国博士后基金特别资助(200902407)、中国博士后基金面上资助(20070420881)、高等学校博士点新教师基金(20092302120028)和哈工大优秀青年教师(H I T Q N J S .2009.042)作者简介:孙晓颖,博士,讲师收稿日期:2009-03-11薄膜结构流固耦合效应的简化数值模拟方法孙晓颖 武 岳 沈世钊(哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150090)摘要:针对薄膜结构流固耦合问题,提出一种简化数值模拟方法。
该方法的基本思想是,将结构风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,在平均响应部分,主要考虑由于结构形状变化所导致的平均风压系数变化,是一个静态过程;在背景响应部分,主要考虑脉动风压的空间相关性对结构振动的影响,是一个拟静态的过程;在共振响应部分,主要考虑脉动风中的高频部分与结构之间的动力耦合作用。
相应地,流固耦合过程分为静态耦合、拟静态耦合和瞬态耦合三部分,针对这三个耦合过程的不同性质,采用不同的求解方法。
对于静态耦合和拟静态耦合,可以考虑采用C F D 方法模拟由变形引起的结构表面风压变化;对于瞬态耦合部分,可以考虑利用随机振动时程分析的方法来研究。
应用上述简化数值模拟方法对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行分析,并将计算结果与直接的数值模拟方法对比,验证简化数值模拟方法的精确性和高效性。
关键词:薄膜结构;流固耦合;C F D 数值模拟;简化数值模拟方法中图分类号:T U 392.5 文献标识码:A 文章编号:1000-131X(2010)10-0030-06Ac o m b i n e dn u m e r i c a l a p p r o a c hf o r w i n d -s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n o f m e m b r a n e s t r u c t u r e sS u n X i a o y i n g W u Y u e S h e n S h i z h a o(H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ,H a r b i n 150090,C h i n a )A b s t r a c t :Ac o m b i n e d n u m e r i c a l a p p r o a c h f o r t h e t i m e -d e p e n d e n t w i n d -s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n o f m e m b r a n e s t r u c t u r e s w i t hl a r g e d i s p l a c e m e n t s i s p r e s e n t e d .T h eg e n e r a l i d e ai s t od i v i d et h e s t r u c t u r a l r e s p o n s eu n d e r w i n da c t i o n s i n t o t h r e e c o m p o n e n t s :m e a n r e s p o n s e ,b a c k g r o u n d r e s p o n s e a n dr e s o n a n t r e s p o n s e .F o r t h e m e a n r e s p o n s e ,t h e c o u p l i n g e f f e c t s a r e m a i n l y i n d u c e d b y t h e s t r u c t u r a l a v e r a g e d e f o r m a t i o n ,w h i c h w i l l m a k e t h e m e a n w i n d p r e s s u r e c h a n g e c o n s e q u e n t l y ,a n d i t i s a s t a t i c p r o c e s s .F o r t h e b a c k g r o u n dr e s p o n s e ,t h e c o u p l i n g e f f e c t s a r e m a i n l y i n d u c e db yt h e e f f e c t o f t h e s p a t i a l c o r r e l a t i o n o f f l u c t u a t i n g w i n d ,a n di t i s aq u a s i -s t a t i c p r o c e s s .F o r t h e r e s o n a n t r e s p o n s e s ,d y n a m i c c o u p l i n g b e t w e e nt h eh i g h e r f r e q u e n c y p a r t s o f f l u c t u a t i n g w i n da n ds t r u c t u r e i s m a i n l y c o n s i d e r e d .A c c o r d i n g l y ,t h e s e t h r e e c o m p o n e n t s c a n b e r e g a r d e d a s s t a t i c i n t e r a c t i o n ,s t e a d y i n t e r a c t i o na n dt r a n s i e n t i n t e r a c t i o n ,r e s p e c t i v e l y .D u e t o t h e d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s o f e a c hi n t e r a c t i o np r o c e s s ,d i f f e r e n t m e t h o d s s h o u l db e a d o p t e d ,r e s p e c t i v e l y .F o r s t a t i ca n d q u a s i -s t a t i c i n t e r a c t i o n ,C F Dm e t h o d i s a d o p t e d t o s i m u l a t e t h e w i n d p r e s s u r e c h a n g e d u e t o s t r u c t u r a l d e f o r m a t i o n ;f o r t r a n s i e n t i n t e r a c t i o n ,n o n l i n e a r r a n d o mv i b r a t i o n a n a l y s i s i n t i m e d o m a i n i s a d o p t e d .B a s e d o n t h e c o m b i n e d p r o c e d u r e ,n u m e r i c a l e x a m p l e si n c l u d i n g o n e -w a yt y p er o o f sa n d s a d d l e -s h a p e d m e m b r a n es t r u c t u r e sa r ec a r r i e d o u t .F r o m c o m p a r i s o n w i t h d i r e c t n u m e r i c a l m e t h o d ,i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o mt h e c o m b i n e d p r o c e d u r e a r e v e r y c l o s e t o t h e d i r e c t n u m e r i c a l m e t h o d ,a n d t h a t t h e c o m b i n e d p r o c e d u r e s e e m s e a s i e r t o u s e .K e y w o r d s :m e m b r a n e s t r u c t u r e ;w i n d -s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n ;C F Dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;a c o m b i n e d n u m e r i c a l a p p r o a c h E -m a i l :s u n x y h i t @y a h o o .c o m .c n ,s u n x y @h i t .e d u .c n引 言薄膜结构是典型的轻质、柔性结构体系,对脉动风荷载的作用十分敏感。
膜结构在风荷载的作用下通常会产生较大的变形和振动,这种大幅的变形和振动反过来也会影响到其表面风压分布,产生所谓的 第43卷 第10期孙晓颖等·薄膜结构流固耦合效应的简化数值模拟方法·31 ·“流固耦合”效应。
因此,要对膜结构的风荷载以及风振响应作出准确估算,除了借助常规分析手段外,还需要特别关注流固耦合的影响。
但是由于膜结构的外形和自身力学性能的复杂性,特别是几何非线性的影响,使得对膜结构流固耦合问题的研究异常复杂。
