[发明专利]一种基于插值变形网格的大变形运动数值模拟方法

说明书

本发明提供一种基于插值变形网格的大变形运动数值模拟方法，包括以下步骤：将大变形运动过程沿时间方向分解为多个变形幅度较小的子运动过程；对于任意子运动过程，生成其起始时刻的计算域目标网格；对每个子运动过程进行数值模拟。本发明采用分阶段接力计算的方式完成整个大变形过程的数值模拟，使变形网格方法可以被应用于大尺度长程相对运动的模拟，拓宽了变形网格方法的应用范围，提高了大变形运动流场数值模拟的精度和鲁棒性。

技术领域

本发明属于数值模拟技术领域，具体涉及一种基于插值变形网格的大变形运动数值模拟方法。

背景技术

数值模拟也称为计算机模拟，该方法依靠电子计算机，结合有限元或有限体积等概念，使用数值计算和图像显示等手段对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题、现象和机理进行研究和认识。在进行飞行器等流动相关机械的设计工作中，常使用(计算流体力学，CFD)数值模拟的方式对流场进行模拟，获得关心的气动力数据与流场形态。相比于传统的风洞试验或水洞试验等方式，CFD数值模拟极大地节省了设计资源，提高了设计效率。

大变形运动作为一种常见的运动特征，存在于大量的设计或研究过程中，例如飞机舵面的偏转过程，活塞式发动机风门位置的改变，螺旋桨变距机构运动等。大变形运动的过程中流体流动的特征及其带来的影响一直是工程流体力学研究，尤其是数值模拟任务的一大难点。为得到这一过程的流场特征，常使用动网格技术配合非定常计算对整个偏转过程进行非定常数值模拟。

然而，由于装置大变形的过程中常伴随着较大的几何特征改变，通常的变形网格算法在变形过程中易遇到严重的扭曲与交错等问题，无法实现长程相对运动的数值模拟。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于插值变形网格的大变形运动数值模拟方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于插值变形网格的大变形运动数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤1，确定需要进行数值模拟的物理几何模型model(A)以及需要进行数值模拟的数值模拟工况；

确定需要对物理几何模型model(A)进行数值模拟的大变形运动过程motion(A)；其中，所述大变形运动过程motion(A)包括总初始状态t_inial_state(A₀)和总结束状态t_end_state(A₁)；

步骤2，将步骤1确定的大变形运动过程motion(A)沿时间方向分解为n个变形幅度较小的子运动过程，分别为子运动过程pm(A₁),子运动过程pm(A₂),...,子运动过程pm(A_n)；

其中：对于任意子运动过程pm(A_i)，i＝1,2,...,n，均已知其初始状态inial_state(A_i)和结束状态end_state(A_i)；其中：inial_state(A₁)＝t_inial_state(A₀)；end_state(A_n)＝t_end_state(A₁)；

步骤3，对于任意子运动过程pm(A_i)，i＝1,2,...,n，采用以下方法，生成子运动过程pm(A_i)起始时刻的计算域目标网格inial_tu(A_i)：

步骤3.1，根据数值模拟工况以及子运动过程pm(A_i)的初始状态inial_state(A_i)，确定物理几何模型model(A)在模拟流场的位姿；