[發(fā)明專(zhuān)利]一種考慮載荷不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811043360.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109446471B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱志平;姜南;王曉軍;張澤晟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/11
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/11
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;盧紀(jì)

本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮載荷不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方法。該方法考慮流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞中流體域載荷不確定性輸入，首先構(gòu)造了載荷不確定性的區(qū)間表征，建立了含不確定性的徑向基插值函數(shù)；基于徑向基插值函數(shù)，構(gòu)建了求解待求系數(shù)的定解條件；進(jìn)而，由流固耦合界面流體域物理量的定解條件，完成了含不確定性的待定系數(shù)的計(jì)算求解；最后，基于固體域物理量與待定系數(shù)之間的關(guān)系式，推導(dǎo)了數(shù)據(jù)傳遞矩陣的數(shù)學(xué)表達(dá)，完成了固體域載荷變化范圍和上下界的可信預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了流固耦合界面載荷不確定性數(shù)據(jù)的有效傳遞。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流固耦合分析中耦合界面數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮載荷不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方法，為實(shí)現(xiàn)含不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)的有效傳遞與可信預(yù)測(cè)提供了可行的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)傳遞方法的研究主要集中在航空航天、土木工程中流固耦合領(lǐng)域。在流體載荷作用下，固體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生位移和速度，而固體結(jié)構(gòu)的變形與運(yùn)動(dòng)將會(huì)進(jìn)一步影響到流體載荷。由于不同物理場(chǎng)計(jì)算模塊對(duì)網(wǎng)格類(lèi)型和疏密要求有很大差異，流體域和固體域網(wǎng)格之間在界面上并不匹配，為了實(shí)現(xiàn)耦合計(jì)算必須解決不同物理量在不匹配的網(wǎng)格之間的數(shù)據(jù)傳遞問(wèn)題。

從數(shù)學(xué)角度看，兩套不匹配的網(wǎng)格之間的數(shù)據(jù)傳遞是一個(gè)雙向插值問(wèn)題。現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳遞方法可以分為局部插值方法和整體插值方法兩類(lèi)。局部插值方法是指在數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，流體或固體界面網(wǎng)格點(diǎn)的未知物理量可根據(jù)固體或流體界面上的部分單元或網(wǎng)格點(diǎn)的已知物理量求得，而整體插值方法則需要根據(jù)所有單元或網(wǎng)格點(diǎn)上的已知物理量求得。局部插值方法主要包括映射點(diǎn)插值法、加權(quán)余量法、常體積轉(zhuǎn)換法等，目前商用軟件應(yīng)用較多，但不可避免地涉及到映射點(diǎn)搜尋問(wèn)題，需要一定的算法，特別是對(duì)于具有復(fù)雜幾何外形的界面，更加難以處理，直接影響計(jì)算精度。整體插值方法主要包括樣條函數(shù)法、Shepard法、徑向基函數(shù)插值法等，只依賴(lài)于耦合界面網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)信息，更容易處理流固耦合界面的網(wǎng)格不匹配問(wèn)題。

徑向基函數(shù)是一種基于距離的特殊函數(shù)，因便于處理大型散亂數(shù)據(jù)而被廣泛應(yīng)用，具有插值形式簡(jiǎn)單、各向同性等特點(diǎn)，僅需知道節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息即可求解計(jì)算，非常適合耦合界面數(shù)據(jù)傳遞使用，近年來(lái)基于徑向基函數(shù)插值的耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方法得到了極大的發(fā)展。

在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)受到的載荷不可避免地存在因預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、計(jì)算誤差等引起的不確定性，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)造成影響，甚至產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞等安全性事故。目前，載荷不確定性的影響已在結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域中廣泛考慮，并形成了相應(yīng)理論，而在流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方面仍然少見(jiàn)。因此，在已知載荷不確定性條件下，如何有效傳遞載荷數(shù)據(jù)，從而可信預(yù)測(cè)載荷范圍是開(kāi)展含不確定性的流固耦合分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本發(fā)明將重點(diǎn)探究考慮載荷不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)含不確定性流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞的合理表征提供技術(shù)保障。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種考慮載荷不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方法，充分考慮實(shí)際工程問(wèn)題中普遍存在的載荷不確定性因素，以提出的區(qū)間載荷數(shù)據(jù)徑向基函數(shù)插值方法作為載荷變化范圍預(yù)測(cè)的指導(dǎo)策略，實(shí)現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)的有效傳遞，所得到的數(shù)據(jù)傳遞結(jié)果符合真實(shí)情況，工程適用性更強(qiáng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種考慮載荷不確定性的流固耦合界面數(shù)據(jù)傳遞方法，該方法實(shí)現(xiàn)步驟如下：

第一步：考慮三維歐氏空間內(nèi)一組位置互不相同點(diǎn)X＝{x₁,x₂,…,x_n}，稱(chēng)為“中心點(diǎn)”，各個(gè)中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)量值分別為g₁,g₂,…,g_n。假設(shè)各標(biāo)量值代表的物理量為載荷，包括壓強(qiáng)、熱流密度、力，其中此處的力僅表示某一確定方向上的力的大小，為標(biāo)量。由于測(cè)量、計(jì)算方面存在誤差，載荷存在一定程度的不確定性，這些標(biāo)量值可以表示為：