УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

_____________________________

"__" ___________________ 20__ г.

 

 

 

 

Аннотированный отчет за 2017 год

1. Наименование проекта Математическое моделирование аэроупругих колебаний

2. Кафедра ПМ

3. Научный руководитель проекта Федорова Наталья Николаевна

4. Указать источник финансирования. Если тема не имее финансовой поддержки, написать "Инициативная"

5. Текст аннотации

     Разработанатехнология решения сопряженных задач и исследовано  взаимодействие упругой конструкции с внешним воздушным течением. Представлены результаты моделирования взаимодействия гибкой платины/стержня и внешнего стационарного/периодического воздушного потока. В качестве средств моделирования двунаправленной сопряженной (2FSI) задачи использована расчетная среда ANSYS Workbench с модулем ANSYS Mechanical для расчета напряженно-деформированное состояния (НДС) твердого тела и модулем ANSYS CFD для расчета внешнего течения, а так же специальные алгоритмы связывания гидродинамического и прочностного расчетов.

Исследована структура 2D течения в окрестности пластины и ее НДС при различных режимах обтекания. Определены характерные частоты колебаний пластины и частоты срыва вихрей с кромок пластины. Далее решена 3D задача о возбуждении продольных и поперечных колебаний  стержня из пенопласта под воздействием внешнего потока воздуха. Описана структура отрывного течения в окрестности стержня, определены собственные частоты и формы колебаний. На основании проведенных расчетов описаны стадии колебательного процесса, определены их частоты, амплитуды и инкременты затухания. Детально исследованы режимы колебаний, близкие к резонансным.

5.1 Основные достигнутые научно-технические результаты

Назначение

При проектировании строительных конструкций необходимо учитывать аэроупругие эффекты, возникающие в результате взаимодействия аэродинамических сил и вызванных ими упругих механических реакций конструкции. В настоящее время наряду с натурным экспериментом для решения задач аэроупругости применяется математическое моделирование. Использование современных численных методов и реализующих их пакетов прикладных программ предоставляет возможность моделировать процессы двунаправленного взаимодействия твердого деформируемого тела и жидкости/газа (2FSI) на основе полных моделей механики сплошной среды. 

Описание, характеристики 

       Численное моделирование течения внешней воздушной среды проводится ПК ANSYS  в изотермическом приближении на основе 2D и 3D нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, дополненных моделью турбулентности k-w SST. Процессы в твердом теле (конструкции) описываются нестационарными уравнениями теории упругости, условием совместности деформаций и законом Гука, для решения которых используется метод конечных элементов. Для связывания гидродинамического и прочностного расчетов используется итерационный алгоритм сопряжения. На каждом шаге по времени отдельно решаются уравнения гидродинамики и прочности, затем через интерфейс между воздушной средой и конструкцией происходит обмен данными. При решении гидродинамической задачи на конструкции задается кинематическое граничное условие, обеспечивающее равенство скоростей внешней среды и подвижной стенки. При этом движение границы определяется перемещениями конструкции, передаваемыми из прочностного решателя. Для уравнений прочности в качестве граничных условий на стенках конструкции задается полученное в гидродинамическом расчете распределение давления.

Преимущества перед известными аналогами

      Технология позволяет определить динамическое напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции под действием нестационарной ветровой нагрузки в условиях, когда деформации и перемещения конструкции приводят к изменению качественных и/или количественных характеристик внешнего течения.

Область применения

Строительство, авиация

Авторы Вальгер С.А., Погудалина С.В., Федорова Н.Н.

5.2 Степень готовности полученных результатов к практиескому использованию

Не готово

5.3 Уровень правовой охраны Не требуется

5.4 Использование результатов исследований в учебном процессе

Результаты вошли в магистерскую диссертацию Погудалинов С.В. (НГТУ)

5.5 Публикации

S. V. Pogudalina, N. N. Fedorova Mathematical Modeling of Vortex Induced Vibrations of an Elastic Rod under Air Flow Influence. AIP Conference Proceedings 1939, 020023 (2018); doi: 10.1063/1.5027335 (SCOPUS, Web of Science)

5.6 Подготовка аспирантов

В настоящее время Погудалина С.В. является аспиранткой ИТПМ СО РАН.

5.7 Диссертации, защищенные по тематике проекта

Магистерская диссертация Погудалиной С.В. (НГТУ, 2017 г.)

5.8 Доклады, представленные на конференциях

Погудалина С.В., Федорова Н.Н., Федоров А.В.  Математическое моделирование близких к резонансным режимов колебания упругого стержня. // Современные проблемы механики сплошных сред и физики взрыва. : тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 60-летию Института гидродинамики им М. А. Лаврентьева СО РАН (4–8 сент., 2017 г.). -Новосибирск: , 2017.   -С. 211.

Погудалина С.В., Федорова Н.Н.  Математическое моделирование автоколебаний упругого стержня под воздействием воздушного потока. // Динамика Многофазных Сред.  : тезисы XV Всероссийского семинара с участием иностранных ученых (Новосибирск, 3 - 5 октября 2017 г.) / под ред. А.В. Федорова В.М. Фомина.   -Новосибирск: , 2017.   -С. 110-112.

5.9 Участие в выставках, ярмарках: Нет

6. Прочая информация, важная с точки зрения научного руководиеля проекта

 

Научный руководитель проекта

____________________________________ Федорова Н.Н.

 

 


Создан: 2018-06-18 09:23:13
Обновлен: 2018-06-18 09:30:12