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多柱体系统非线性流固耦合效应机理与流动控制
多柱体流固耦合智能仿真,减振减阻,赋能工程安全高效与绿色发展。
产品类型
仿真技术
产品标签
其它
土木建筑工程基础学科其他学科
动力效应
多柱体系统
数值方法
流固耦合
流动控制
产品成熟度
大规模市场推广/大规模生产
合作方式
合资合作
面洽
适用行业
水利、环境和公共设施管理业
适用场景
工程结构
产品创新性
创新性在于突破传统,建立了多柱体系统复杂流固耦合理论与高精度计算方法,揭示流动机理,提出减振减阻方案,并应用于国家重大工程,获权威认可。
潜在经济效益
精确设计降低材料冗余和安全系数,通过减阻减振延长结构寿命,大幅降低运营维护成本,显著提升重大工程经济效益和安全性。
潜在减碳效益
该技术通过精确模拟流固耦合,大幅降低工程设计中过高的安全系数(如深海立管)。这能显著减少桥梁、深海平台等结构所需的钢铁、水泥等高碳排放材料用量,直接降低建材生产的碳排放。
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上海交通大学
上海交通大学
上海交通大学是中国顶尖高校,致力于培养卓越人才,引领科技创新,服务国家战略发展。
中国, 上海市
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项目属土木与海洋工程学科交叉。大跨桥梁与建筑索系、深海输油立管、深海平台多柱浮筒结构共同特征是细长多柱体系统。多柱体系统在海流强风作用下流固耦合效应和结构间流致干涉效应,引发结构振动疲劳损毁。这些效应特性机理的复杂性和强非线性是长期关注科学难题,但认识十分有限,导致工程设计盲目性大且安全隐患突出;如为保证深海立管安全,采用高达20~40倍安全系数,但仍难保工程安全性。传统计算方法难以对上述问题进行可靠数值模拟。项目历经十余年,建立了多柱体系统非线性流固耦合效应与流动控制分析理论和计算方法。1)提出了高精度、强适应性和稳定化流固耦合计算方法。构建了非定常流动的高阶时间精度特征线稳定化流体有限元新算法,解决了传统方法精度下降或失真问题,拓展了特征线方法应用范围。提出了基于联合交界面耦合条件的流固耦合高保真力学模型,建立流固交界面信息传递新算法,消除了交界面信息丢失和流固子域计算异步性,提高了精度和收敛性,增强了对极端情形适应性,克服计算发散。成果被计算力学之父、英国皇家工程院院士Zienkiewicz、美国工程院院士Taylor写入有限元理论经典教材;入选权威期刊最热论文第1名;国际期刊Int. J Comput. Meth主编、亚太计算力学学会主席据此发展了浸泡光滑有限元法。2)发现了柱群流动干涉模式(同相、反相和振荡型)和干涉现象(狭窄射流振荡、剪切层振荡等)多样性及发生条件,揭示了流动干涉模式对柱体流致动力特性和尾迹拓扑演化的影响规律及机理,发现了相邻结构对柱体分离流产生、演化的影响规律。成果作为验证基准,得到多位国际著名学者引用,用于正确性和有效性检验。3)构建了流动干涉下柱群多自由度流固耦合力学模型,揭示了结构强非线性共振下(尾激共振/双向共振)运动特性,阐明了柱-柱耦合效应特性规律,发现了柱体系统双向共振负有效附加质量现象。成果得到顶尖期刊Ocean Eng.主编多处大幅引用和高度评价,作为验证基准标杆。4)提出了柱体系统流致响应减阻减振平行分隔板物理模型及量化最优布局,揭示了减阻减振与尾流调控机理。提出圆柱尾流主动控制模型,揭示了谐振薄板对圆柱尾流的抑制效果及机理,发现薄板通过调整尾流流速特性实现减阻减振。成果作为期刊封面论文,多位国际学者大幅引用和述评为流动控制最新进展。发表相关论文188篇(SCI论文39篇、1篇ESI高被引),总他引2361次,单篇论文最高他引269次(CNKI);上述SCI论文总他引638次。8篇SCI代表作(1篇权威期刊CAS最热论文第1名、权威期刊Phys. Fluids封面论文1篇)他引310次,SCI他引193次。基于本成果创建的数值平台解决了国家大科学工程、世界最大直径500m口径望远镜FAST索系和北京最高楼“中国尊”等多柱体特征多个重大工程技术难题。培养上海领军人才、国家青千、东方学者各1人,上海优博3篇。

最后更新日期
11:57:55, Nov 04, 2025
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