Адаптивная методика численного моделирования трехмерных динамических задач строительной аэрогидроупругости

• Автор: Афанасьева, Ирина Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 200 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АЭРОГИДРОУПРУГОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1Л. Общие положения
1.2. Обзор инженерных методик решения задач аэрогидроупругости
1.2.1. Обзор отечественной и зарубежной нормативной базы в области оценки аэродинамической неустойчивости
1.2.2. Существующие нормативные методики оценки динамического поведения системы «сооружение - жидкость»
1.3. Экспериментальные исследования задач аэрогидроупругости
1.3.1. Особенности аэродинамических исследований
1.3.2. Особенности исследований системы «сооружение - жидкость»
1.4. Математическое моделирование поведения жидкости/газа и сооружений/конструкций в связанной постановке
1.4.1. Обзор исследований в области математического моделирования задач аэрогидроупругости
1.4.2. Обзор современных подходов математического описания движения среды
1.5. Численные методы моделирования поведения жидкости/газа и конструкций/сооружений
1.5.1. Методы пространственно-временной дискретизации
1.5.2. Алгоритмы численного решения
1.6. Современные программные комплексы для решения задач аэрогидроупругости в связанной постановке
1.7. Выводы по главе
ГЛАВА 2. АДАПТИВНАЯ МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ СТРОИТЕЛЬНОЙ АЭРОГИДРОУПРУГОСТИ И ЕЕ ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
2.1. Общие положения
2.2. Основные уравнения поведения сооружения и жидкости
2.2.1. Уравнения поведения сооружения
2.2.2. Уравнения поведения жидкости

2.2.3. Уравнения контактного взаимодействия сооружения с жидкостью
2.3. Численная аппроксимация связанных задач аэрогидроупругости
2.3.1. Конечноэлементная аппроксимация уравнений поведения сооружения
2.3.2. Аппроксимация уравнений поведения жидкости
2.3.3. Связанная система уравнений взаимодействия сооружения с жидкостью
2.3.4. Дискретизация по времени
2.3.5. Алгоритмы решения системы линейных алгебраических уравнений
2.4. Программная реализация разработанной методики
2.4.1. Базовое программное обеспечение
2.4.2. Собственные программные разработки
2.5. Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ВЕРИФИКАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ АДАПТИВНОЙ МЕТОДИКИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ СТРОИТЕЛЬНОЙ АЭРОГИДРОУПРУГОСТИ
3.1. ОБОС110ВА11ИЕ ВЫБОРА ВЕРИФИКАЦИ011НЫХ ЗАДАЧ
3.2. Моделирование трехмерного нестационарного турбулентного обтекания ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПРИЗМЫ
3.2.1. Описание расчетных моделей
3.2.2. Результаты расчетов
3.2.3. Анализ результатов и выводы
3.3. Моделирование двумерного нестационарного обтекания гибкой УПРУГОЙ КОНСТРУКЦИИ В СВЯЗАННОЙ ПОСТАНОВКЕ
3.3.1. Аэродинамические расчеты
3.3.2. Расчеты нелинейной динамики конструкции
3.3.3. Расчеты динамики системы «гибкая конструкция - поток» в связанной постановке
3.4. Моделирование поведения жидкости в резервуаре с жесткими стенками при гармоническом динамическом воздействии
3.4.1. Описание расчетных КЭ-моделей
3.4.2. Параметры расчетов
3.4.3. Результаты расчетов
3.4.4. Анализ результатов и выводы

3.5. Численное моделирование динамики экспериментальной установки «ПОДВИЖНАЯ РАМА - ТОНКОСТЕННЫЙ РЕЗЕРВУАР - ЖИДКОСТЬ» В СВЯЗАННОЙ ПОСТАНОВКЕ
3.5.1. Описание расчетных КЭ-моделей
3.5.2. Параметры расчетов
3.5.3. Результаты расчетов
3.5.4. Анализ результатов и выводы
3.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ АДАПТИВНОЙ МЕТОДИКИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ СТРОИТЕЛЬНОЙ АЭРОГИДРОУПРУГОСТИ
4.1. Постановка задач расчетных исследований
4.2. Описание расчетных моделей резервуара РВСПА-50
4.2.1. КЭ-модели системы «тонкостенные днище, стенка, ребристая крышка с понтоном - вязкая жидкость»
4.2.2. Параметры расчетов
4.3. Результаты расчетных исследований резервуара РВСПА-50
4.3.1. Собственные частоты и формы резервуара - пустого и с жидкостью (нефтью)
4.3.2. Результаты расчета резервуара без понтона на гидростатическую нагрузку с учетом собственного веса и снега
4.3.3. Результаты динамического расчета системы «тонкостенные днище, стенка, ребристая крышка без понтона - вязкая жидкость (тяжелая нефть)» с учетом 8-балльного сейсмического воздействия
4.3.4. Результаты динамического расчета системы «тонкостенные днище, стенка, ребристая крышка с понтоном - вязкая жидкость (тяжелая нефть)» с учетом 8-балльного сейсмического воздействия
4.3.5. Сопоставление с результатами расчетов по нормативно-аналитической методике
4.4. Анализ результатов и выводы
4.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Lim S.P. [134] успешно исследовали движение жидкости с помощью метода решетчатых уравнений Больцмана при одновременном применении МКЭ для описания поведения твердого тела. В рамках метода распределенных множителей Лагранжа (Distributed Lagrange Multiplier Method (DLM)) накладываются кинематические ограничения на сооружение или на фиктивную область, занимаемую жидкостью. В работе Lu X., Zhao Y., Huang X.Y., Xia G.H. и Su X.H. [109] выполнена дискретизация задачи Коши для уравнений динамики сооружений при этом поведение жидкости описывалось в рамках метода конечных объемов. В статье Xia G., Lin C.-L. [143] был предложен новый метод вихрей в ячейке в рамках неструктурированного МКО (Cell-Vortex Unstructured FVM), ориентированный на использование в динамике сооружений в части исследования отклика на движение жидкости (что, очевидно, является эффектной альтернативой традиционному МКЭ).
1.5.1.3. Метод объема жидкости
Для отслеживания (аппроксимации) свободной поверхности или контактных границ МКО может комбинироваться с методом объема жидкости (Volume of Fluid (VOF)). Метод VOF был разработан в Национальной лаборатории Лос-Аламоса (Los Alamos National Laboratory (LANL), США) в конце 70-х - начале 80-х годов прошлого столетия [93]. Одна из главных особенностей метода - возможность расчета течений в многосвязных областях с наличием разрывов характеристик и больших деформаций свободной поверхности. В данном методе в качестве маркера, позволяющего определять положение свободной поверхности, используется функция объемной концентрации среды в ячейке [35]. Традиционно метод VOF относится к классу эйлеровых методов, которые характеризуются сеткой, которая является стационарной или движется согласно изгоняющейся форме поверхности по определённому заданному закону.