机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (13): 207-219.doi: 10.3901/JME.260312
郝冠男, 李志楠, 张洪信, 于然, 张帅
HAO Guannan, LI Zhinan, ZHANG Hongxin, YU Ran, ZHANG Shuai
摘要: 为准确预测液滴冲击压电梁的复杂流固耦合(Fluid-structure interaction, FSI)动力学现象及俘能结构力电耦合行为,基于光滑粒子流体动力学(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法和Mindlin-Reissner板壳理论,分别构建了模拟液滴的弱可压缩SPH(Weakly compressible smoothed particle hydrodynamics, WC-SPH)模型和模拟薄壳(梁)结构的完全拉格朗日SPH(Total Lagrangian smoothed particle hydrodynamics, TL-SPH)壳单元模型,通过流固接触算法将WC-SPH和TL-SPH模型耦合,最终建立了液滴冲击压电梁流-固-电耦合高效三维数值模型。该模型考虑压电本构关系,采用壳体中面描述三维壳体变形,可准确模拟冲击实验中液滴呈现的铺展、反弹及飞溅等动力学行为,以及获得与实验结果高度吻合的压电梁耦合变形及输出电压,全面验证了SPH模型的有效性和准确性。利用该模型系统分析了冲击参数及关键结构参数对压电梁俘能性能的影响,研究结果为压电式液滴俘能系统的性能分析与优化设计提供了一种有效研究手段。
中图分类号: