流固耦合力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用

前言

流固耦合力學(xué)是研究流體與固體相互作用下相關(guān)力學(xué)行為的一門學(xué)科。在自然界和現(xiàn)實(shí)工程中，很多領(lǐng)域都涉及流固耦合力學(xué)問題，如能源、橋梁、水利、化工、船舶、交通運(yùn)輸?shù)?。本書的研究范圍只限于航空航天領(lǐng)域中的流固耦合力學(xué)問題，而且重點(diǎn)在常規(guī)大氣層飛行器的流固耦合力學(xué)方面。在該領(lǐng)域中，流固耦合力學(xué)問題習(xí)慣上也稱為氣動彈性問題。在不同的實(shí)際工程領(lǐng)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?yàn)轱w行器要實(shí)現(xiàn)在天空翱翔的目的，設(shè)計(jì)者必然要盡量減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)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(xué)）：流固耦合力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》主要講述了航空航天領(lǐng)域流詞耦合力學(xué)的分析方法及應(yīng)用技術(shù)。全書共劃分為六章，主要介紹了流體力學(xué)及結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本原理及其分析方法；經(jīng)典的氣動彈性力學(xué)分析方法；基于計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算結(jié)構(gòu)動力學(xué)的氣動彈性力學(xué)數(shù)值方法；基于非定常氣動力模型降階技術(shù)的氣動彈性分析方法以及在該方法基礎(chǔ)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(shù)；氣動彈性力學(xué)中的若干動力學(xué)響應(yīng)問題?！　　秶捞厣滩模W(xué)）：流固耦合力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》總結(jié)了作者及其課題組長期在該領(lǐng)域的科研工作，理論聯(lián)系實(shí)際，集學(xué)術(shù)性和實(shí)用性于一體。為方便讀者理解，書中配有較多的應(yīng)用算例?！　　秶捞厣滩模W(xué)）：流固耦合力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》可作為高等院校有關(guān)專業(yè)教師和研究生的教材或參考書，可用40學(xué)時(shí)左右的教學(xué)時(shí)間完成，也可供從事航空、航天、兵器、能源、土木等領(lǐng)域的廣大科技人員參考。

書籍目錄

第1章　流體力學(xué)基本原理和經(jīng)典勢流分析方法1．1　流體力學(xué)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(jì)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(jì)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(fù)習(xí)思考題第2章　彈性結(jié)構(gòu)動力學(xué)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(xué)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(chǔ)2．2．1　多自由度系統(tǒng)的動力學(xué)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(qiáng)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(shí)域響應(yīng)的數(shù)值求解方法復(fù)習(xí)思考題第3章　經(jīng)典氣動彈性力學(xué)分析方法3．1　氣動彈性靜力學(xué)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(yīng)用第6章　氣動彈性動力響應(yīng)參考文獻(xiàn)

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(yùn)用式（1.7）得到航空航天工程中最關(guān)心的壓力分布p（實(shí)際上為壓強(qiáng)分布，但實(shí)際工程中習(xí)慣稱之為壓力分布）。在式（1.7）中，還有密度參數(shù)，此時(shí)為了得到壓力參數(shù)，可以進(jìn)一步使用等熵關(guān)系式。所以，要獲得飛行器的氣動力參數(shù)，空氣動力學(xué)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(fù)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?yàn)榉匠绦再|(zhì)在不同流動中的差別而很難構(gòu)造穩(wěn)定的數(shù)值計(jì)算方法。此外，由于全速勢方程中有無旋和等熵假設(shè)，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(jìn)一步簡化全速勢方程，空氣動力學(xué)理論研究者根據(jù)飛行器流線型好的特點(diǎn)，引入了小擾動假設(shè)，即在飛行器以一定速度穿過靜止的空氣時(shí)，從固定于飛行器的坐標(biāo)系看，飛行器不動，空氣以一定速度迎面吹過來，認(rèn)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(xué)?流固耦合力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》可作為高等院校有關(guān)專業(yè)教師和研究生的教材或參考書，可用40學(xué)時(shí)左右的教學(xué)時(shí)間完成，也可供從事航空、航天、兵器、能源、土木等領(lǐng)域的廣大科技人員參考。

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