[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

说明书

本发明公开了一种水下履带装备流场及力学响应预测方法及系统，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，以交叉的形式进行组合并装配，得到装配模型；对装配模型进行流体力学和结构力学分析，建立不同地形的水环境模型和不同姿态的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，以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。本发明方案可在保证计算精度的同时，提高水下履带装备不同姿态动力学响应及流场的预测速度。

技术领域

本发明涉及模型预测方法技术领域，特别涉及一种水下履带装备流场及力学响应预测方法及系统。

背景技术

近年来，城市内涝和矿井水灾频发，造成了严重的人员伤亡和经济损失。城市内涝已成为城市化进程中面临的主要问题之一。

应急救援是经历惨痛事故后得出的教训，而应急救援装备是应急救援的有力武器和重要保障，发挥着极其重要的作用。城市内涝、河道清淤的作业环境复杂、危险因素多，需要依靠具备遥控作业能力的强涉水、多功能、高机动的履带式装备协同进行地面水下应急救援作业。

但水下应急抢险履带装备的工作环境极其复杂，河流水域流速快且变化地形未知，对水下履带装备的稳定行走造成极大的影响。而目前的水下装备姿态响应预测，基本都是针对水下航行器，并不与地面接触，与水下履带装备存在本质的区别。流场降阶预测的论文虽然较多，但并没有应用于水下履带装备。因此，现有技术不能准确预测水下履带装备流场及力学响应。

发明内容

本发明提供了一种水下履带装备流场及力学响应预测方法及系统，以解决现有技术不能准确预测水下履带装备流场及力学响应的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种水下履带装备流场及力学响应预测方法，该水下履带装备流场及力学响应预测方法包括：

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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。