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上海交通大学学报
第卷第期.№
流体介质中结构的动力特性及响应分析

型型:厦谢守国
工程力学系
摘要将结构及其周围有限域内的流体组成一个耦合糸统,依据变分原理导出流
体动水压力和结构弹性振动的有限元方程糸统,从而给出了考虑介质影响的结构动
力特性和响应分析的数值方法.
关键词逸璺垫全,坚堂:堡,附连水质量
中圉法分类号施啤很
引言强乖白堀劲
处于介质中的弹性结构,在受到动载荷作用时将会产生振动,这种振动通过对界面的激励
在介质中产生附加的动压力,而附加动压力又通过界面再度引起结构的动力响应,这种过程称
,但直到年
代,有限元和边界元等数值方法出现以后,
学、弹性力学及变分原理,
论推导是按照最一般的三维流场与结构进行的,并已成功地应用到几种型号的结构设计与分
析中.
流体动压力计算

所引起的附加水动压力,它在整个水动力中占的比例很小,因此可假定为不可压缩流体作小振
:
在域:
收稿日期—
航天部资助项目.
第一作者:男,年生,教授上簿、
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上簿交通大学学报年第期
。
十十一。
在—

.
在一
式中: 是给定的水动压力;是与结构接触的流体界面;是边界位移的法向分量; 是接
触界面法线,其正向指向流体外部;
盯一』吉誓善篆警
将整个流体域离散成Ⅳ个单元,在节点处的连续与平衡条件约束下,式可写成

//∑皿
/』丢篆善。警警
设流体单元有个节点,则该单元的动压力为
Ⅳ
式中:,是插值函数;
点,则该面域上的法向位移为
一
式中:是在界面上定义的插值函数;、式
代入式,取驻值即得流体单元的基本方程为
一~
式中: 是界面上各节点的法向位移加速度;而
巩一
. 叫

一一
ⅣⅣ

假设整个流体域离散成Ⅳ个单元和个节点,与结构全部接触面上有个节点,且令
一, ,⋯,一
,⋯,
, ⋯,
分别表示流体域节点动压力、等效节点“载荷”、节点法向加速度,那么根据节点处动压力的平
衡条件和加速度的协调条件,可组集成整个流体域的基本方程,即
~膜
接触界面上的动压力
将节点动压力分成三部分且按顺序排列成
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捌正兴等:流体升质中结拘的动力特性厦响应分析
一: 。
, × 、× ×
—
式中: 表示边界上的节点动压力;表示流体与结构接触面上的节点动压力,是
结构分析所必需的; 是其余节点上的动压力,是流体域分析所需要的.
本文只考虑由于结构振动所引起的动压力,
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