[发明专利]一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法

权利要求书

1.一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法，其特征在于包括如下步骤：

1)以海洋环境为流场，以鱼群为固体点，建立流场模型和固体运动模型，并初始化；

所述的流场模型中各有限元属性包括Ele＝{Lnct,Led,EVol,Mstat}，构成有限元的顶点属性包括Po＝{PX,PVol,U,Pre,T}；其中，Ele表示有限元的属性集合，Lnct是有限元顶点编号的集合，Led是与该有限元有共用面的相邻有限元编号的集合，EVol是有限元的体积，Mstat是用于搜索固体点所在有限元时是否搜索过该有限元的判定；PX表示顶点的位置坐标，PVol表示该顶点占有的体积，U表示顶点在三个方向上的速度，Pre表示顶点的压强，T表示顶点的温度；

所述的固体运动模型中各固体点的属性包括Co＝{Loc,CX,Cm,CVol,CU}；其中，Co表示固体点的属性集合，Loc为固体点所在有限元的编号，CX为固体点的坐标，Cm为固体点的质量，CVol为固体点的体积，CU为固体点的速度；

2)随着鱼群运动，更新各固体点所处流场有限元的编号；更新后，计算固体点对所在有限元中的各个顶点的影响权重系数根据影响权重系数确定固体点所处有限元的顶点属性，将所述顶点属性作为固体点所处流场参数；根据固体点所处流场参数以及固体点自身属性得到流场与固体的相互作用力Fl_c；

3)根据流场与固体的相互作用力Fl_c，更新固体点的属性参数；

4)根据影响权重系数将流场与固体的相互作用力Fl_c分配给固体点所处有限元的顶点，得到顶点的附加作用力；根据附加作用力更新固体点所处有限元的体积、以及更新构成该有限元的顶点的体积，完成对流场的更新；

5)重复上述2)至步骤4)，直到达到预设步长；根据预设时间间隔输出流场与固体参数，形成海洋环境下鱼群运动的流固耦合随时间的动态响应。

2.如权利要求1所述的一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法，其特征在于，所述的有限元采用三角形网格、四面体网格或者直三棱柱网格。

3.如权利要求1所述的一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法，其特征在于，在步骤2)中，随着鱼群运动，采用广度搜索算法搜索并更新各固体点所处流场有限元的编号；具体为：

设立搜索序列Ltc＝{e₁,...,e_m}，其中，e_i为搜索序列中的第i个有限元，m为搜索序列中的元素个数；

初始时，m＝1，搜索序列中仅有一个元素，即为上一刻固体点所在的有限元编号，同时该有限元属性中的Mstat＝1，表示该有限元已经加入搜索序列；

随着固体点的移动，对搜索序列中的有限元进行逐个搜索，若搜索的有限元中存在该固体点，则将固体点所在的有限元Mstat属性归零；若搜索的有限元中不存在该固体点，则将与该有限元相邻且未被检索过的有限元加入到搜索序列，按照搜索序列开始搜索下一个有限元；

重复上述过程，直到搜索到该固体点所在的有限元。

4.如权利要求3所述的一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法，其特征在于，在采用广度搜索算法进行搜索的过程中，针对待搜索有限元，将固体点的坐标替换构成待搜索有限元的第n个顶点坐标，构成行列式每一行表示第i个点的三维坐标，若则固体点存在于该有限元中，否则不存在。

5.如权利要求1所述的一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法，其特征在于，步骤2)所述的计算固体点对所在有限元中的各个顶点的影响权重系数计算公式为：

式中，表示固体点与有限元中除第n个顶点外的顶点构成的四面体体积。

6.如权利要求5所述的一种海洋环境下鱼群运动的流固耦合模拟方法，其特征在于，构成固体点所在有限元的各顶点与固体点的影响权重系数和为1。