[发明专利]一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法

权利要求书

1.一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

Step1、建立固体域模型：固体域计算结构动力学采用商用软件ABAQUS的隐式算法，建立CSD固体域有限元模型；

Step2、对固体域模型进行有限元网格划分，再设置固体域单元类型和材料属性，进一步对固体域模型分别施加约束条件和施加载荷条件进行结构分析，使其与实际条件相符；

Step3、建立流体域模型：计算流体动力学则采用Fluent平台进行计算，形成CFD流体分体模型；

Step4、对流体域模型进行流体域网格划分，并对网格质量检查，网格质量合格时，对边界条件和初始条件进行设置；网格质量不合格时继续对网格质量进行检查，然后通过动网格技术进行网格重构并对流场进行模拟，使其与实际条件相符；

Step5、生成动网格：分别将Step1中的CSD固体域有限元模型和Step2中的CFD流体分体模型通过MPCCI联合起来进行计算生成动网格；

Step6、建立流固耦合的数据交换模型：通过流固耦合数据交换类型将流场模拟、动网格技术折合成固体域的施加荷载，并施加在固体域上；数据交换是通过设置流固交界面来编辑水体与渠道面板之间的相互作用，动网格间数据交换是在数据传递过程中采用双向耦合的方法，所述动网格间流固耦合过程分为三步：

1.预接触搜索：通过对流体域与固体域交界面处的单元进行分类，分别记录源网格和目标网格上的单元信息，为下一步的网格联系做准备；

2.网格联系：流体域与固体域交界面处的网格是不匹配的，流体域网格要想与固体域网格进行数据传递，每一组源网格均需与对应的一组目标网格建立联系从而为插值计算做准备；

3.通过插值函数进行插值计算：通过插值算法进行耦合界面间的数据交换，插值算法需要同时满足位移连续性条件和动力连续性条件；

a位移连续性条件：u_f＝u_s

b动力连续性条件：σ_sn_s＝σ_fn_f

式中：u_f、u_s分别表示流体和固体位移矢量；u_s分别表示结构与流体的柯西应力张量；σ_s、σ_f分别表述结构与流体的外法线方向矢量；

Step7、通过以上各步骤将双向流固耦合视为整体的耦联体系结构，对该耦联体系结构进行分析得出耦连体系损伤的体制的结论。

2.根据权利要求1所述的一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法，其特征在于：Step2中对固体域模型进行有限元网格划分还包括对固体域模型进行CDP本构模型的设置。

3.根据权利要求2所述的一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法，其特征在于：所述CDP本构模型指的是结构损伤机制。

4.根据权利要求1所述的一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法，其特征在于：Step3中还包括在建立流体域模型时，选择合适的湍流模型，所述湍流模型为零方程模型、单方程模型、两方程模型、雷诺应力模型和大涡模拟模型的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法，其特征在于：Step4中所述动网格技术为网格重构法、弹簧光顺法以及动态铺层法的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法，其特征在于：Step6中所述预接触搜索过程包括：

(1)将流体域与固体域交界面处的每个单元分解为不同的次级单元；

(2)在分解得到的次级单元的外围分别划定1倍与1.5倍的边界；

(3)将(2)中划定得到的两个边界划分为9个小正方形。