[发明专利]一种适用于高速列车的气动与多体动力学紧耦合方法

摘要

本发明公开了一种适用于高速列车的气动与多体动力学紧耦合方法，涉及气动与多体动力学交叉技术领域，包括：建立列车的多体动力学模型；建立列车流场的气动计算模型；利用双时间步时间推进方法，将两个模型的计算结果在一个物理时间步内进行多次交换，直至达到预定精度或预定次数。对列车流场的不同区域采用不同的网格运动方法，确保各个区域网格运动时的网格质量较好，保证较高的计算效率和计算精度，较好地完成由于列车运动姿态改变和列车前进引起的气动网格运动。本申请提供的紧耦合方法，与直接耦合方法相比，易收敛且满足气动与结构动力学相互作用剧烈时的工程需求，与单向耦合和松耦合方法相比，能提高计算时间精度和整个系统计算稳定性。

主权项

1.一种适用于高速列车的气动与多体动力学紧耦合方法，其特征在于，包括：建立列车的多体动力学模型；建立列车流场的气动计算模型，所述列车流场包括内部流场和包围所述内部流场的外部流场，所述内部流场包括列车周围流场和前后端流场；采用贪婪算法在流场物面上选取控制点；利用双时间步时间推进方法，将所述气动计算模型和所述多体动力学模型之间的数据进行交换，具体为：将一个物理时间步分为预定精度或预定次数的子迭代；在每次子迭代中计算所述气动计算模型的气动载荷，并将所述气动载荷保存至数据文件，所述多体动力学模型读取所述数据文件；计算所述多体动力学模型，得到所述气动载荷作用下所述多体动力学模型的三个平动和三个转动自由度，并将所述平动和转动自由度保存至所述数据文件中；所述气动计算模型读取所述数据文件，获得所述多体动力学模型的平动和转动自由度，并将所述平动和转动自由度变换为流场物面的三个位移，采用铺层动网格方法和粘性网格变形方法结合的方法更新网格位置，具体为：列车周围流场采用粘性网格变形方法，以所述流场物面的三个位移作为所述控制点的位移，将所述控制点的位移分解为列车前进位移和列车运动姿态改变引起的位移，根据列车运动姿态改变引起的位移，利用LU分解求解插值系数，构造径向基插值函数，求取所述列车周围流场内的网格由列车运动姿态改变引起的位移，加上列车前进位移，更新所述列车周围流场内的网格位置；前后端流场采用铺层动网格方法，列车周围流场与前后端流场的共用界面以列车运行速度运动，拉伸后端流场，压缩前端流场，更新所述前后端流场内的网格位置；当计算精度达到所述预定精度，或迭代次数达到所述预定次数时，进入下一物理时间步。