[发明专利]复合材料叶片结构动力学数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，其特征在于，包括：

步骤1：在梁单元空间坐标系的基础上建立各向异性复合材料叶片理论模型并进行变换；

步骤2：通过对变换后的理论模型进行数值离散化来建立各向异性复合材料叶片数值模型；

步骤3：通过在不同时刻分别交错构造线速度和角速度、力与力矩的变量来建立适用于有限差分方法的结构动力学计算网格；

步骤4：在给定边界条件和初始条件后，求解结构动力学计算网格数值。

2.根据权利要求1所述基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，其特征在于，所述理论模型包括：力与力矩的平衡方程、受力与形变的本构关系数学方程。

3.根据权利要求2所述基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，其特征在于，所述力与力矩的平衡方程中外力与外力矩包含体积力与力矩和惯性力与力矩。

4.根据权利要求2所述基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤201：对力与力矩平衡方程来说，对线速度与角速度变量的一阶时间导数采用中心差分格式进行离散，对力与力矩变量的一阶空间导数采用一阶向前差分格式进行离散；

步骤202：对于本构关系数学方程来说，对线速度与与角速度变量的一阶空间导数采用一阶向后差分格式进行离散，对力与力矩变量的一阶时间导数采用中心差分格式进行离散。

5.根据权利要求2所述基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤301：在时刻构造线速度和角速度变量的计算网格，网格均匀分布；

步骤302：在n时刻构造力与力矩变量的计算网格，网格均匀分布，网格的节点位于相应速度与角速度变量网格节点间的中心位置处；

步骤303：重复步骤301与302来布置后续网格，使得速度与力变量网格呈现时空交错的形式。

6.根据权利要求2所述基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤401：完成边界条件的给定，将叶根处节点的速度与角速度变量值固定为0，将叶尖节点处的力和力矩变量值固定为0；

步骤402：完成初始条件的给定，将0时刻的所有节点处的速度、角速度、力和力矩变量值都赋为0；

步骤403：求解力与力矩的平衡方程，利用n时刻的力与力矩变量值与时刻的线速度与角速度变量值，求解时刻的线速度与角速度变量值；

步骤404：求解本构关系数学方程，利用时刻的线速度与角速度变量值与n时刻的力与力矩值，求解n+1时刻的力与力矩值；

步骤405：反复交替求解，获取不同时刻的各变量值。