[发明专利]一种基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学热性预测方法

权利要求书

1.一种基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学特性预测方法，其特征在于具体步骤包括如下：

（1）根据薄壁结构的初始位置构型及其周围环境流场，建立基于有限体积的流体计算模型；

（2）根据薄壁结构的物理力学性质、约束条件和步骤（1）的流体计算模型，建立基于有限单元的薄壁结构计算模型；

（3）将设计工况流量或流速作为流体计算的进口边界条件；

（4）首先用最小二乘曲面拟合技术将流体计算模型与薄壁结构计算模型信息进行界面信息交换，然后通过数据通讯管理和实施监控程序在每一个时间步内进行流体计算模型与薄壁结构计算模型的反复交错迭代，获得薄壁结构的流激振动响应和结构主应力分布，实现薄壁结构动力学特性预测。

2.根据权利要求1所述的基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学特性预测方法，其特征在于：所述步骤（1）中流体计算模型的建立采用基于混合动态亚格子的大涡模拟模型、有限体积空间离散和全隐式时间离散格式。

3.根据权利要求1所述的基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学特性预测方法，其特征在于：所述步骤（2）中的薄壁结构是水利水电工程以及航天航空领域广泛采用的由薄型板件和加强构件组成的结构。

4.根据权利要求1所述的基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学特性预测方法，其特征在于：所述步骤（2）中薄壁结构模型计算采用基于有限单元的薄壁计算模型和直接积分的纽马克法。

5.根据权利要求1所述的基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学特性预测方法，其特征在于所述步骤（4）中用最小二乘曲面拟合技术将流体计算模型与薄壁结构计算模型信息进行界面信息交换的方法为：

A、求任意流体节点                                                处的位移值：在耦合界面上，有固体节点，节点相应的位置坐标为，其节点上的位移为，为任意流体节点的位置坐标，在拟合区域的一个局部子域上，拟合函数表示为

                            （1）

式中为待求系数，它是坐标的函数，为插值基函数，是插值基函数的项数；

加权离散范式，令

           （2）

    式中是影响区域内节点的数目，是节点的权函数，记，，则三次样条权函数

                    (3.a)

            (3.b)

                                 (3.c)

    为确定系数，式（2）取最小值，将式（2）对求导，并令，得

                            （4）

    其中

                          （5）

               （6）

                              （7）

    将式（4）带入式（1），得到MLS拟合函数

                        （8）

    式中称为形函数，表示基函数的阶数,

                   （9）

    求得MLS拟合函数后,将耦合界面任意流体节点处位置坐标带入式(8),求得任意流体节点处的位移值；

B、求任意固体节点处的载荷值：根据步骤（A）中所述的方法，已知流体节点上的载荷值，获取耦合界面上的固体节点的载荷值，完成流体计算模型与薄壁结构计算模型进行的界面信息交换。

6.根据权利要求1或5所述的基于交错迭代耦合技术的薄壁结构动力学特性预测方法，其特征在于：所述流体计算模型与薄壁结构计算模型在耦合界面满足应力和运动一致条件。