盾構(gòu)隧道施工環(huán)境適應(yīng)性的流固耦合分析

1 緒論

1．1 研究背景及意義

1．2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1．3 水下盾構(gòu)隧道施工研究中存在的問題

1．4 本書的主要工作

2 盾構(gòu)施工對(duì)孔壓擾動(dòng)的三維流固耦合分析

2．1 概述

2．2 工程概況

2．3 三維流固耦合數(shù)值模型的建立

2．4 ABAQuS盾構(gòu)隧道三維輔助分析程序的研制

2．5 數(shù)值計(jì)算模型的驗(yàn)證

2．6 參數(shù)計(jì)算分析

2．7 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)和解析結(jié)果的對(duì)比分析

2．8 孔壓變化值與地面沉降之間關(guān)系的討論

2．9 本章小結(jié)

3 地下水對(duì)開挖面上方土拱效應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)研究

3．1 概述

3．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3．3 地下水對(duì)開挖面上方土拱效應(yīng)影響的分析

3．4 砂土地層中開挖面最小支護(hù)力計(jì)算方法的修正

3．5 本章小結(jié)

4 波動(dòng)推力引起的超靜孔壓對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響分析

4．1 概述

4．2 波動(dòng)推力作用下開挖面前方超靜孔壓的計(jì)算方法

4．3 超靜孔壓對(duì)開挖面穩(wěn)定性影響的計(jì)算方法

4．4 工程算例分析

4．5 參數(shù)分析

4．6 本章小結(jié)

5 滲流作用下管片承受壓力的流固耦合分析

5．1 概述

5．2 不同壓力下土體滲透系數(shù)的變化規(guī)律

5．3 分析模型及其基本假設(shè)

5．4 襯砌及周圍土體滲流場(chǎng)的分析

5．5 襯砌及周圍土體應(yīng)力和位移場(chǎng)的分析

5．6 襯砌及周圍土體應(yīng)力和位移的流固耦合分析

5．7 本章小結(jié)

6 結(jié)論與展望

6．1 結(jié)論

6．2 展望

參考文獻(xiàn)2100433B

《盾構(gòu)隧道施工環(huán)境適應(yīng)性的流固耦合分析》針對(duì)盾構(gòu)在水下地層中的施工難點(diǎn)問題，基于流固耦合理論，分析了盾構(gòu)隧道施工參數(shù)的環(huán)境適應(yīng)性問題。首先通過盾構(gòu)施工的三維流固耦合數(shù)值計(jì)算，分析了根據(jù)孔壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析盾構(gòu)施工參數(shù)環(huán)境適應(yīng)性的方法。然后進(jìn)行了干砂和飽和砂的對(duì)比模型試驗(yàn)，結(jié)合楔形體模型計(jì)算分析了地下水對(duì)開挖面小支護(hù)力的影響。最后根據(jù)盾構(gòu)隧道實(shí)際施工情況，指出開挖面支護(hù)力是一個(gè)隨時(shí)問波動(dòng)變化的力。通過計(jì)算得到了分層土模型中波動(dòng)力在開挖面前方產(chǎn)生超靜孔壓的大小，以及此超靜孔壓對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響?！抖軜?gòu)隧道施工環(huán)境適應(yīng)性的流固耦合分析》分析結(jié)果可為盾構(gòu)隧道施工參數(shù)的合理制定提供依據(jù)。

前言

第1章 流固耦合分析基礎(chǔ)

1.1 流固耦合基礎(chǔ)

1.1.1 認(rèn)識(shí)流固耦合分析的重要性

1.1.2 流體控制方程

1.1.3 固體控制方程

1.1.4 流固耦合方程

1.2 ANSYS流固耦合分析

1.2.1 單向流固耦合分析

1.2.2 雙向流固耦合分析

1.2.3 耦合面的數(shù)據(jù)傳遞

1.2.4 網(wǎng)格映射和數(shù)據(jù)交換類型

1.3 ANSYS流固耦合分析的基本步驟

1.3.1 CFx MechanicalAPDL單向耦合基本設(shè)置

1.3.2 FLLJENT ANSYS單向耦合基本設(shè)置

第2章 單向流固耦合分析

2.1 單向流固耦合分析基礎(chǔ)

2.2 三通管的熱強(qiáng)度計(jì)算

2.2.1 問題描述

2.2.2 ICEMCFD劃分三通管流場(chǎng)網(wǎng)格

2.2.3 利用CFX求解三通管流場(chǎng)

2.2.4 利用Workbench進(jìn)行三通管熱強(qiáng)度分析

2.3 風(fēng)力發(fā)電葉片及支架整體分析

2.3.1 問題描述

2.3.2 幾何模型處理

2.3.3 流場(chǎng)網(wǎng)格劃分

2.3.4 流體分析設(shè)置

2.3.5 開始流體計(jì)算

2.3.6 流體計(jì)算過程中的參數(shù)監(jiān)控和修改

2.3.7 查看流體計(jì)算結(jié)果

2.3.8 結(jié)構(gòu)分析的模型處理

2.3.9 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分

2.3.10 加載與求解

2.4 軸流葉片的應(yīng)力分析

2.4.1 問題描述

2.4.2 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

2.4.3 BladeGen中葉片的設(shè)計(jì)

2.4.4 TurboGrid結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分

2.4.5 流體分析設(shè)置

2.4.6 流體計(jì)算和結(jié)果查看

2.4.7 StaticStructural(ANSYS)結(jié)構(gòu)分析

2.5 燃燒室流場(chǎng)計(jì)算及熱變形分析

2.5.1 問題描述

2.5.2 ICEMCFD劃分燃燒流場(chǎng)網(wǎng)格

2.5.3 利用FLUENT求解燃燒流場(chǎng)

2.5.4 NOx排放量預(yù)測(cè)

2.5.5 Workbench進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析

2.6 水流沖擊平板分析

2.6.1 問題描述

2.6.2 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

2.6.3 建立幾何模型

2.6.4 流體分析

2.6.5 結(jié)構(gòu)分析

2.7 泥漿攪拌器預(yù)應(yīng)力下的模態(tài)分析

2.7.1 問題描述

2.7.2 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

2.7.3 Fluent流場(chǎng)分析

2.7.4 結(jié)構(gòu)分析

2.8 本章小結(jié)

第3章 ANSYS雙向流固耦合分析

3.1 雙向流固耦合分析基礎(chǔ)

3.2 血管和血管壁耦合分析

3.2.1 問題描述

3.2.2 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

3.2.3 結(jié)構(gòu)分析設(shè)置

3.2.4 流場(chǎng)模型處理

3.2.5 流體分析設(shè)置

3.2.6 求解計(jì)算和結(jié)果監(jiān)視

3.2.7 查看流體計(jì)算結(jié)果

3.2.8 查看結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

3.2.9 創(chuàng)建動(dòng)畫文件

3.3 泥漿沖擊立柱分析

3.3.1 問題描述

3.3.2 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

3.3.3 添加新材料(concrete)

3.3.4 建立模型

3.3.5 結(jié)構(gòu)分析設(shè)置

3.3.6 流場(chǎng)模型處理

3.3.7 流場(chǎng)網(wǎng)格劃分

3.3.8 流體分析設(shè)置

3.3.9 求解和計(jì)算結(jié)果

3.4 飛機(jī)副翼轉(zhuǎn)動(dòng)耦合分析

3.4.1 問題描述

3.4.2 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

3.4.3 選用新材料(AluminumAlloy)

3.4.4 導(dǎo)入模型

3.4.5 結(jié)構(gòu)分析設(shè)置

3.4.6 流場(chǎng)模型處理

3.4.7 流場(chǎng)網(wǎng)格劃分

3.4.8 流體分析設(shè)置

3.4.9 求解和計(jì)算結(jié)果

3.5 圓柱繞流耦合振動(dòng)分析

3.5.1 問題描述

3.5.2 IcEMcFD劃分流場(chǎng)網(wǎng)格

3.5.3 無耦合的圓柱繞流分析

3.5.4 流固耦合圓柱繞流分析

3.6 水潤(rùn)滑橡膠軸承分析

3.6.1 問題描述

3.6.2 利用IcEM劃分水膜網(wǎng)格

3.6.3 利用Workbench完成結(jié)構(gòu)設(shè)置

3.6.4 流體分析設(shè)置

3.6.5 開始計(jì)算及計(jì)算結(jié)果監(jiān)測(cè)

3.6.6 查看水膜流場(chǎng)結(jié)果

3.7 本章小結(jié)

第4章 ANSYS動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用

4.1 動(dòng)網(wǎng)格分析基礎(chǔ)

4.2 大變形網(wǎng)格重構(gòu)功能分析

4.2.1 問題描述

4.2.2 網(wǎng)格劃分和腳本錄制

4.2.3 流體分析設(shè)置

4.2.4 求解和計(jì)算結(jié)果

4.3 FLuENTRemesh6 DOF分析

4 3.1 問題描述

4.3.2 FLUENT6 DOFUDF的編譯

4.3.3 FLUENT查看流場(chǎng)結(jié)果

4.3.4 利用Tecplot進(jìn)行流場(chǎng)后處理

4.4 本章小結(jié)

第5章 ANSYS流固耦合工程實(shí)例

5.1 某型號(hào)離心泵分析

5.2 問題描述

5.2.1 網(wǎng)格劃分

5.2.2 流體分析設(shè)置

5.2.3 結(jié)構(gòu)分析設(shè)置

5.3 泄壓閥動(dòng)態(tài)特性分析

5.3.1 問題描述

5.3.2 創(chuàng)建CFX分析項(xiàng)目

5.3.3 流體分析設(shè)置

5.3.4 求解計(jì)算和結(jié)果監(jiān)視

5.4 止回閥動(dòng)態(tài)分析

5.4.1 問題描述

5.4.2 FLUENTDEFINECGMotionUDF的編譯

5.4.3 止回閥動(dòng)網(wǎng)格的編譯

5.4.4 壓力進(jìn)口uDF編寫

5.4.5 FLLJENT止回閥流場(chǎng)求解設(shè)置

5.4.6 流場(chǎng)后處理

5.5 滑動(dòng)軸承玻璃軸瓦強(qiáng)度分析-

5.5.1 問題描述

5.5.2 FLUENT分析滑動(dòng)軸承油膜流場(chǎng)

5.5.3 油膜流場(chǎng)結(jié)果后處理

5.5.4 流場(chǎng)與結(jié)構(gòu)分析耦合

5.5.5 結(jié)構(gòu)分析設(shè)置

5.5.6 結(jié)構(gòu)求解及結(jié)果分析

5.6 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B

流固耦合傳熱計(jì)算 的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)流體與固體邊界上的熱量傳遞。由能量守恒可知 ，在流固耦合的交界面 ，固體傳出的熱量應(yīng)等于流體吸收的熱量，因此 ，流固邊界面上的熱量傳遞過程可表示為

在求解流固耦合的瞬態(tài)溫度場(chǎng)時(shí)，流體區(qū)域可按準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)處理，即不考慮流場(chǎng)的動(dòng)量和湍方程，則其控制方程式

固體區(qū)域控制方程以其基本導(dǎo)熱方程表示為

流固交界面上不考慮發(fā)生的輻射、燒蝕相變等過程，則流固交界面上滿足能量連續(xù)性條件，即溫度和熱流密度相等。具體控制方程式為

上述構(gòu)成了流固耦合瞬態(tài)溫度場(chǎng)控制方程，可以使用分區(qū)瞬態(tài)緊耦合算法進(jìn)行求解。即在每個(gè)[t，t Δt]時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，完成如下計(jì)算步驟：

1) 假定耦合邊界上的溫度分布，作為流體區(qū)域的邊界條件。

2) 對(duì)其中流體區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解，得出耦合邊界上的局部熱流密度和溫度梯度，作為固體區(qū)域的邊界條件。

3) 求解固體區(qū)域，得出耦合邊界上新的溫度分布，作為流體區(qū)域的邊界條件。

4) 重復(fù) 2) 、3) 兩步計(jì)算，直到收斂。

貼近工程實(shí)際——本書的實(shí)例多從實(shí)際工程、科研項(xiàng)目中提煉出來，具有很強(qiáng)的參考價(jià)值，其中包括熱應(yīng)力、水壓、旋轉(zhuǎn)域turbo建模、周期邊界、燃燒、熱應(yīng)力、血管壁耦合、模態(tài)分析、流體沖擊、自由頁面、結(jié)構(gòu)振動(dòng)、活動(dòng)域、大變形Remesh、FLUENT Remesh 6 DOF等方面的技術(shù)或問題。不涉及系統(tǒng)理論以及具體算法的介紹，而是從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，通過大量的原創(chuàng)性分析實(shí)例，向讀者細(xì)致地講解流固耦合分析。全書共分5章，從基礎(chǔ)開始講解，層層深入到ANSYS單向流固耦合分析、雙向流固耦合分析，以及動(dòng)網(wǎng)格和網(wǎng)格重構(gòu)技術(shù)。為了讓讀者能夠更好地理解ANSYS流固耦合分析的工程應(yīng)用，本書還詳細(xì)講解了4個(gè)工程實(shí)例。