[发明专利]一种水下履带装备流场及力学响应预测方法及系统

权利要求书

1.一种水下履带装备流场及力学响应预测方法，其特征在于，包括：

批量建立不同姿态的履带装备和不同地形的水下环境的三维实体模型，以交叉的形式对所建立的三维实体模型进行组合并装配，得到装配模型；

对所述装配模型进行流体力学分析，建立不同地形的水环境模型；同时对所述装配模型进行结构力学分析，建立不同姿态的履带装备有限元模型；

基于所述水环境模型和所述履带装备有限元模型，得到不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据；

建立不同姿态履带装备在不同流速下的流场数据与结构体力学响应数据的对应关系，实现对水下履带装备不同姿态的流场和动力学响应的预测；

对所述装配模型进行流体力学分析，建立不同地形的水环境模型，包括：

将所述装配模型导入流体力学计算软件Fluent中，利用Fluent软件的前处理模块完成流体域、流体属性以及湍流模型的设置；并根据水环境的水流流速范围，编写Fluent软件的二次开发程序UDF，通过编写的二次开发程序UDF控制流体域进口的水流速度；同时对流体域的材料、载荷、约束以及数据交换接触面进行设置，并对流体域划分网格，以建立不同地形的水环境模型；

对流体域划分网格，包括：

采用非结构体网格自适应划分对流体域划分网格，并在结构体和流体的数据交换面细化网格，以控制网格质量；

对装配模型进行结构力学分析，建立不同姿态的履带装备有限元模型，包括：

将所述装配模型导入结构力学计算软件ansys中，在ansys软件的前处理模块中完成对结构体的材料、载荷、约束和数据交换接触面的设置，对结构体划分网格并细化数据交换接触面的网格，以建立不同姿态的履带装备有限元模型；

基于所述水环境模型和所述履带装备有限元模型，得到不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据，包括：

在Fluent软件中采用瞬态模型对导入的装配模型进行仿真计算，以流场快照的方式输出不同姿态履带装备在不同流速下的流场数据；

基于所述水环境模型和所述履带装备有限元模型，得到不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据，还包括：

在ansys软件中计算不同姿态履带装备在不同流速下的结构体力学响应曲线，并输出不同姿态履带装备在不同流速下的结构体力学响应数据；

建立不同姿态履带装备在不同流速水下的流场数据与结构体力学响应数据的对应关系，实现对水下履带装备不同姿态的流场和动力学响应的预测，包括：

利用Matlab软件编制程序，求解不同姿态履带装备在不同流速下的流场数据与结构体力学响应数据的对应关系；

通过奇异值分解的方式，提取不同姿态履带装备下的流场数据的主成分向量，并建立中间映射矩阵，作为预测基准矩阵；

提取不同流速、相同姿态履带装备的流场数据，输出节点信息建立流场特性矩阵，计算不同流速、相同姿态履带装备的流场特性中心值，对计算出的中心值数据进行拟合，将拟合结果作为当前对应姿态的流场预测曲线；

应用所述预测基准矩阵和所述流场预测曲线对履带装备的不同姿态、不同流速的流场进行预测，并根据不同姿态的履带装备和不同地形的水下环境的交叉组合的应对关系，完成预设姿态和流速时履带装备的流场及力学响应预测。

2.如权利要求1所述的水下履带装备流场及力学响应预测方法，其特征在于，批量建立不同姿态的履带装备和不同地形的水下环境的三维实体模型，包括：

利用三维建模软件SolidWorks，批量建立不同姿态的履带装备和不同地形的水下环境的三维实体模型。

3.如权利要求2所述的水下履带装备流场及力学响应预测方法，其特征在于，所述装配模型涵盖履带装备的水下迎流位姿与环境地形坡度的参数化信息。

4.一种水下履带装备流场及力学响应预测系统，其特征在于，包括：

不同姿态履带装备和不同地形水下环境的三维实体模型构建模块，用于批量建立不同姿态的履带装备和不同地形的水下环境的三维实体模型，以交叉的形式对所建立的三维实体模型进行组合并装配，得到装配模型；

水环境模型构建模块，用于对所述装配模型进行流体力学分析，建立不同地形的水环境模型；

履带装备有限元模型构建模块，用于对所述装配模型进行结构力学分析，建立不同姿态的履带装备有限元模型；

不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据获取模块，用于基于所述水环境模型和所述履带装备有限元模型，得到不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据；

水下履带装备不同姿态的流场和动力学响应预测模块，用于建立不同姿态履带装备在不同流速下的流场数据与结构体力学响应数据的对应关系，实现对水下履带装备不同姿态的流场和动力学响应的预测；

对所述装配模型进行流体力学分析，建立不同地形的水环境模型，包括：

将所述装配模型导入流体力学计算软件Fluent中，利用Fluent软件的前处理模块完成流体域、流体属性以及湍流模型的设置；并根据水环境的水流流速范围，编写Fluent软件的二次开发程序UDF，通过编写的二次开发程序UDF控制流体域进口的水流速度；同时对流体域的材料、载荷、约束以及数据交换接触面进行设置，并对流体域划分网格，以建立不同地形的水环境模型；

对流体域划分网格，包括：

采用非结构体网格自适应划分对流体域划分网格，并在结构体和流体的数据交换面细化网格，以控制网格质量；

对装配模型进行结构力学分析，建立不同姿态的履带装备有限元模型，包括：

将所述装配模型导入结构力学计算软件ansys中，在ansys软件的前处理模块中完成对结构体的材料、载荷、约束和数据交换接触面的设置，对结构体划分网格并细化数据交换接触面的网格，以建立不同姿态的履带装备有限元模型；

基于所述水环境模型和所述履带装备有限元模型，得到不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据，包括：

在Fluent软件中采用瞬态模型对导入的装配模型进行仿真计算，以流场快照的方式输出不同姿态履带装备在不同流速下的流场数据；

基于所述水环境模型和所述履带装备有限元模型，得到不同姿态的履带装备在不同流速下的流场数据和结构体力学响应数据，还包括：

在ansys软件中计算不同姿态履带装备在不同流速下的结构体力学响应曲线，并输出不同姿态履带装备在不同流速下的结构体力学响应数据；

建立不同姿态履带装备在不同流速水下的流场数据与结构体力学响应数据的对应关系，实现对水下履带装备不同姿态的流场和动力学响应的预测，包括：

利用Matlab软件编制程序，求解不同姿态履带装备在不同流速下的流场数据与结构体力学响应数据的对应关系；

通过奇异值分解的方式，提取不同姿态履带装备下的流场数据的主成分向量，并建立中间映射矩阵，作为预测基准矩阵；

提取不同流速、相同姿态履带装备的流场数据，输出节点信息建立流场特性矩阵，计算不同流速、相同姿态履带装备的流场特性中心值，对计算出的中心值数据进行拟合，将拟合结果作为当前对应姿态的流场预测曲线；

应用所述预测基准矩阵和所述流场预测曲线对履带装备的不同姿态、不同流速的流场进行预测，并根据不同姿态的履带装备和不同地形的水下环境的交叉组合的应对关系，完成预设姿态和流速时履带装备的流场及力学响应预测。