流体中柔性结构的动力学建模和分析

作     者：郭一凡 牛小静 Guo Yifan;Niu Xiaojing

作者机构：清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084 

出 版 物：《水动力学研究与进展(A辑)》 (Chinese Journal of Hydrodynamics)

年 卷 期：2024年第39卷第6期

页      面：883-887页

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家重点研发计划课题(2023YFB4203403) 

主　　题：高空风能 柔性结构 仿真模型 集中质量法 SPH方法 

摘      要：高空风能是一种储量丰富、分布广泛的清洁能源。系留风筝发电系统具有能够在复杂的风力环境下稳定发电的优势,是高空风力发电领域潜在的技术实现路径。系留风筝为大变形柔性结构,研究其在强动态复杂风场中的动力学行为具有重要意义。该文基于集中质量法结合SPH方法构建了大变形柔性结构的动力学仿真模型,通过分布式粒子弹簧模拟布料和柔性结构的力学特性,模化流体对布料的作用,并对柔性结构在空气动力载荷下的响应进行分析,最后讨论其三维变形规律。运动方程的求解过程采用了Velocity-Verlet积分,保证了模拟过程中结构质点的位置与速度同时具有二阶精度。将该模型应用于自由布料飘落和圆形伞张开过程的初步模拟,展现出了良好的模拟效果,表明其可用于高效模拟大型柔性结构的动力学过程,有助于高空风力发电系统的设计和优化。