流固耦合力學基礎及其應用

前言

流固耦合力學是研究流體與固體相互作用下相關力學行為的一門學科。在自然界和現(xiàn)實工程中，很多領域都涉及流固耦合力學問題，如能源、橋梁、水利、化工、船舶、交通運輸?shù)?。本書的研究范圍只限于航空航天領域中的流固耦合力學問題，而且重點在常規(guī)大氣層飛行器的流固耦合力學方面。在該領域中，流固耦合力學問題習慣上也稱為氣動彈性問題。在不同的實際工程領域中，航空航天中的流固耦合（氣動彈性）問題更加突出，這是因為飛行器要實現(xiàn)在天空翱翔的目的，設計者必然要盡量減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，航空航天領域的結(jié)構(gòu)設計人員甚至提出“為減輕1 g質(zhì)量而努力”的精益求精精神。顯然，努力減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的結(jié)果就是結(jié)構(gòu)更加柔軟，與地面運行的交通工具相比，飛行器結(jié)構(gòu)的彈性特征會更明顯。

內(nèi)容概要

　　《國防特色教材（力學）：流固耦合力學基礎及其應用》主要講述了航空航天領域流詞耦合力學的分析方法及應用技術。全書共劃分為六章，主要介紹了流體力學及結(jié)構(gòu)動力學的基本原理及其分析方法；經(jīng)典的氣動彈性力學分析方法；基于計算流體力學和計算結(jié)構(gòu)動力學的氣動彈性力學數(shù)值方法；基于非定常氣動力模型降階技術的氣動彈性分析方法以及在該方法基礎上發(fā)展的伺服氣動彈性分析方法和顫振的主動抑制技術；氣動彈性力學中的若干動力學響應問題。　　《國防特色教材（力學）：流固耦合力學基礎及其應用》總結(jié)了作者及其課題組長期在該領域的科研工作，理論聯(lián)系實際，集學術性和實用性于一體。為方便讀者理解，書中配有較多的應用算例?！　　秶捞厣滩模W）：流固耦合力學基礎及其應用》可作為高等院校有關專業(yè)教師和研究生的教材或參考書，可用40學時左右的教學時間完成，也可供從事航空、航天、兵器、能源、土木等領域的廣大科技人員參考。

書籍目錄

第1章　流體力學基本原理和經(jīng)典勢流分析方法1．1　流體力學的基本方程及其演化1．2　勢流理論的非定常流動與定常流動計算的主要差別1．2．1　非定常邊界條件1．2．2　非定常壓力系數(shù)計算公式1．2．3　非定常尾渦面條件1．3　翼型在不可壓縮非定常流動中的西奧道森方法1．4　三維小擾動速勢方程求解的偶極子網(wǎng)格法復習思考題第2章　彈性結(jié)構(gòu)動力學的基本原理2．1　彈性結(jié)構(gòu)分析模型的建立2．1．1　結(jié)構(gòu)彈性力學特征的一般描述方法2．1．2　彈性結(jié)構(gòu)分析的有限元素法2．1．3　彈性結(jié)構(gòu)離散有限元模型建立的一般原則2．2　離散多自由度系統(tǒng)的振動分析基礎2．2．1　多自由度系統(tǒng)的動力學方程2．2．2　多自由度系統(tǒng)的固有頻率與固有振型2．2．3　多自由度系統(tǒng)的自由振動分析2．2．4　多自由度系統(tǒng)的強迫振動分析2．3　結(jié)構(gòu)動力問題求解的常用數(shù)值方法2．3．1 固有特征值的數(shù)值求解方法2．3．2　結(jié)構(gòu)時域響應的數(shù)值求解方法復習思考題第3章　經(jīng)典氣動彈性力學分析方法3．1　氣動彈性靜力學分析3．1．1　扭轉(zhuǎn)發(fā)散和載荷重新分布……第4章　基于CFD的氣動彈性數(shù)值方法第5章　基于CFD的非定常氣動力降階模型及其在氣動彈性分析中的應用第6章　氣動彈性動力響應參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：從式（1.7）可以看出，如果由全速勢方程求得速勢函數(shù)，就可以運用式（1.7）得到航空航天工程中最關心的壓力分布p（實際上為壓強分布，但實際工程中習慣稱之為壓力分布）。在式（1.7）中，還有密度參數(shù)，此時為了得到壓力參數(shù)，可以進一步使用等熵關系式。所以，要獲得飛行器的氣動力參數(shù)，空氣動力學的基本問題轉(zhuǎn)化為求解全速勢方程以獲得速勢函數(shù)的工作。然而，全速勢方程是復雜的非線性方程，其理論分析也是很困難的，即使采用數(shù)值方法求解，也會因為方程性質(zhì)在不同流動中的差別而很難構(gòu)造穩(wěn)定的數(shù)值計算方法。此外，由于全速勢方程中有無旋和等熵假設，求解全速勢方程也不能自動捕捉到流場中的激波，在求解全速勢方程的數(shù)值方法中，捕捉激波成為一個重要的問題。為了進一步簡化全速勢方程，空氣動力學理論研究者根據(jù)飛行器流線型好的特點，引入了小擾動假設，即在飛行器以一定速度穿過靜止的空氣時，從固定于飛行器的坐標系看，飛行器不動，空氣以一定速度迎面吹過來，認為飛行器對來流空氣只是產(chǎn)生了一定速度上的擾動量，該擾動量相對來流速度的值而言，只是一個小量。這樣，將全速勢函數(shù)寫成來流速度勢和飛行器產(chǎn)生的擾動速度勢的相加。

編輯推薦

《國防特色教材?力學?流固耦合力學基礎及其應用》可作為高等院校有關專業(yè)教師和研究生的教材或參考書，可用40學時左右的教學時間完成，也可供從事航空、航天、兵器、能源、土木等領域的廣大科技人員參考。

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