[发明专利]一种流体-结构-构件-材料耦合优化设计方法

权利要求书

1.一种流体-结构-构件-材料耦合优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，实施以具有颗粒级配特征材料为基材的多级开孔材料性能计算并获得对应性能函数，所述性能函数是通过代表体元法获得基材与颗粒级配的关联特性；

S2，基于材料性能函数构建新型结构力学模型及对应数学函数表达式，实现材料性能计算与新型结构力学模型相耦合，新型结构数学函数表达式用于新型结构振动模型的构建；

所述新型结构力学模型及对应数学函数表达式的构建过程为：基于基材与颗粒级配的关联特性，采用自洽获得夹芯层的等效杨氏模量E和剪切模量G：

其中：C₁是与开孔率相关的参数，K_f和β_f为中间量，且：

K₀、K₁、α_f均表示中间量，由E₀或/和G₀或/和E_f或/和G_f计算得到，其中E₀和G₀是夹芯层基材的等效杨氏模量和剪切模量，E_f和G_f是含夹杂材料的杨氏模量和剪切模量，且所述E₀、G₀、E_f和G_f均由通过代表体元法获得基材与颗粒级配的关联特性过程中得到；

S3，基于新型结构数学函数表达式构建新型结构振动模型及对应数学方程，实现材料性能计算、新型结构性能分析和新型结构振动模型相耦合；

所述新型结构振动模型及对应数学方程通过结构振动解析方法获得：

其中：中间量中间量中间量中间量m_s为夹层型超大浮体结构单位面积的质量，G为夹层型超大浮体结构夹芯层的等效剪切模量，E₁为夹层型超大浮体结构上面板的弹性模量，E₃为夹层型超大浮体结构下面板的弹性模量，h₂为夹层型超大浮体结构芯材的厚度，h₁为夹层型超大浮体结构上面板的厚度，h₃为夹层型超大浮体结构下面板的厚度，d为夹层型超大浮体结构上下面板轴线之间的距离；

S4，通过新型结构振动模型及对应数学方程将结构物理特性引入水面条件方程，并计算浮体结构水弹性响应，实现结构特性与水弹性计算相耦合；

所述将结构物理特性引入水面条件方程，计算浮体结构水弹性响应的过程为：

其中：λ_n为波数，g是重力加速度，ρ为流体密度，h为水深，ω为波浪角频率。

2.根据权利要求1所述的流体-结构-构件-材料耦合优化设计方法，其特征在于，所述材料性能计算采用细观力学方法实施。

3.根据权利要求1所述的流体-结构-构件-材料耦合优化设计方法，其特征在于，所述物理特性包括几何状态、变形特征和材料参数。

4.根据权利要求1所述的流体-结构-构件-材料耦合优化设计方法，其特征在于，所述流体力学方法采用势流法。