[发明专利]使用具有流体域的移动网格的时空守恒元和解元数字模拟FSI

说明书

技术领域

本发明总的涉及计算机辅助工程（CAE）分析，更具体地涉及使用时空守恒元和解元（CE/SE）方法数字模拟FSI（流体结构交互），该方法具有与数字模拟结构力学（也就是，结构行为）的方法相配合的移动时空流体网格。

背景技术

计算机辅助工程分析被配置用于获得想要的数字模拟的响应/结果，例如，结构特性、流体运动等等。并且模拟的响应/结果被工程师和/或科学家用于做出改进产品（例如，汽车、飞机等）的设计决策，或者用于研究很难或者不可能看得到的某种物理现象。

随着计算机技术的进步，代替获得各个数字模拟中的结构行为或者流体运动，已经在流体结构交互（FSI）的数字模拟中使用流体和结构建模的组合系统，例如，飞行中的飞机、海洋中的轮船等。

数字模拟FSI的现有技术手段采用空间和时间分开处理的方法。但是，对于高速流体，流体模拟中的误差将会变成问题。被称为时空CE/SE（守恒元和解元）方法的不同技术手段被用于流体模拟。但是，时空CE/SE方法中的现有技术手段依赖于欧拉（Eulerian）或固定栅格/网格（也就是，整个数字模拟的网格保持恒定）来表示时空域中的流体（也就是，空气），用移动通过欧拉栅格的另一个网格模型（例如，有限元分析模型）来表示结构。但是，由于固定欧拉栅格中的FSI界面，损失了一些精确度。

因此，期望有一种改进的技术，用于使用时空CE/SE方法数字模拟FSI，该方法具有与数字模拟结构力学的方法相配合的移动时空流体网格。

发明内容

本申请公开了一种使用时空CE/SE方法数字模拟流体结构交互（FSI）的系统和方法，该时空CE/SE方法具有与数字模拟结构力学的方法相配合的移动流体网格。根据本发明的一个示范性实施例，在计算机系统中接收流体域定义和结构定义（例如，飞机、汽车等）。流体域由时空流体网格表示，结构由有限元分析（FEA）模型表示。流体域定义进一步包括流体变量（例如，密度、速度、压力、黏度等）。FSI界面从所接收的定义确定。接下来求解程序的状态参数被初始化。然后，在FSI的时间推进的数字模拟的开始，作用在FSI界面上的流体力被初始化。

作为对FSI界面处接收的流体力的响应，采用使用FEA模型的FEA来获得该结构的数字模拟的结构行为。结构行为包括但不限于结构的外边界上的节点位置，该位置被用于更新时空CE/SE流体网格的FSI界面边界。使用用户选择的网格调整策略、采用FSI界面处的运动作为边界条件，对应地调整流体网格的内节点。通过使用具有可调节时空流体网格的CE/SE求解程序更新流体解，来获得数字模拟的流体行为（例如，FSI界面处的流体力）。流体力再次被应用于FEA模型，以获得推进的求解时间（advanced solution time）的下一个求解周期的模拟的结构行为。FSI的数字模拟继续，直至达到预定的结束条件。

通过以下结合附图对具体实施方式的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将会变得显而易见。

附图说明

参照以下的描述、后附的权利要求和附图，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中：

图1A-1C是各种示范性流体域和结构定义的示意图；

图1D是结构的示范性FEA模型的示意图；

图2A-2E是根据本发明的一个实施例、一维空间的时空CE/SE求解程序的示范性设置的示意图；

图3A-3B是根据本发明的一个实施例、二维空间的时空CE/SE求解程序的示范性设置的示意图；

图4是根据本发明的实施例、固定欧拉网格和示范移动流体网格之间的比较示意图，该移动流体网格可用于时空CE/SE方法；

图5A和5B共同示出了根据本发明的实施例、使用带有移动流体网格的时空CE/SE求解程序数字模拟流体结构交互的示范过程的流程图；

图6A-6C是根据本发明的一个实施例、时空流体网格调整的示范顺序的一系列示意图；以及

图7是示范性的计算机的主要组件的功能框图，本发明的实施例可在该计算机中实施。

具体实施方式