板壳结构流-固耦合机理与试验方法研究

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雅宝题库解析：
汽车是一个复杂系统，很多零部件工作在多物理场耦合环境中。其中，板壳结构与流场的相互作用最具典型性。研究其耦合机理、探讨数值模拟方法、开发专用试验设备、进行仿真及试验对比验证，对理解此类题目的物理本质、掌握多场耦合分析方法、指导相关产品开发十分必要。    首先，通过专用水槽试验，研究了受流体驱动的弹性薄板绕轴转动过程的流-固耦合现象。测量了水槽入口流速、转轴的角位移-时间历程、薄板上典型部位的应力-转角历程，给出了薄板表面应力分布规律，为仿真模型提供了边界条件，为流-固耦合算法验证提供了对比依据。    其次，应用ABAQUS-MPCCI-FLUENT联合仿真技术，数值模拟了上述试验。讨论了分别以水流或电机作为驱动时，水槽中不同厚度弹性薄板绕轴转动过程及其与流体相互耦合情况。计算了薄板的转角-时间历程、薄板表面的瞬态应力、流场瞬态流速和压强分布；得到了薄板及流体相互作用规律；分析了耦合作用对这些现象的影响。将仿真结果与试验数据进行了对比，分析了误差产生原因，提出了现有试验装置和试验方法的不足和改进措施。    最后，根据相似准则理论，在π定理基础上，运用量纲矩阵法，探索了广义的流-固耦合作用下主要物理量的相似规律。依据本文的试验和仿真结果，验证用小尺度薄板推测大尺度结果的可行性及准确性，分析了现有相似准则在本文应用的局限性。