[發(fā)明專利]管路系統(tǒng)的流固耦合建模方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811523710.7
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109726454B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張顯濤;劉偉;岳珠峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F113/14;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京律智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 闞梓瑄

本公開是關(guān)于一種管路系統(tǒng)的流固耦合建模方法及裝置，涉及管路系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：按照管路系統(tǒng)的走向?qū)⑺龉苈废到y(tǒng)劃分為依次排列的多個直管單元；建立各個所述直管單元在流固耦合作用下的直管動力學(xué)模型；建立全局坐標(biāo)系并將所述直管動力學(xué)模型統(tǒng)一在所述全局坐標(biāo)系；在所述全局坐標(biāo)系中，按照多個所述直管單元的排列順序組合所述直管動力學(xué)模型形成系統(tǒng)動力學(xué)模型。本公開能夠精準(zhǔn)地建立管路系統(tǒng)的流固耦合模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及管路系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種管路系統(tǒng)的流固耦合建模方法以及管路系統(tǒng)的流固耦合建模裝置。

背景技術(shù)

管路系統(tǒng)是航空飛行器、航天飛行器等的動力傳輸?shù)闹饕ǖ馈Ｅc傳統(tǒng)工業(yè)管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，飛行器管路系統(tǒng)的振動工況更為惡劣，常常體現(xiàn)出高壓、大流速、高頻、機動過載等特點，因此流固耦合現(xiàn)象非常顯著。由此導(dǎo)致的管路系統(tǒng)、連接件及管路系統(tǒng)支撐等元件的失穩(wěn)、共振、振動應(yīng)力過大等是引發(fā)管路系統(tǒng)故障的主要原因。而且由于飛行器管路系統(tǒng)管徑細、管壁薄、彎管走向復(fù)雜(受狹窄空間影響)，給管路系統(tǒng)的整體動力學(xué)建模和分析帶來困難。

目前，輸流管路系統(tǒng)的流固耦合作用下的振動問題研究多集中在簡單直管路系統(tǒng)或彎曲管路系統(tǒng)。也有一些研究人員已經(jīng)提出了多種求解方法，例如有限元法、特征線法等，但是難以直接應(yīng)用于飛行器復(fù)雜的流固耦合管路系統(tǒng)，從而難以解決復(fù)雜管路系統(tǒng)的設(shè)計問題。例如

在上述方式中，有限元法在處理流固耦合問題時，流體域和固體域分別采用歐拉描述和拉格朗日描述，而這兩種描述很難在同一個問題中得到統(tǒng)一；而若將流體作為附加質(zhì)量處理，難以反映流固耦合問題中流體與結(jié)構(gòu)的相互作用，因此得到的運算結(jié)果誤差較大，從而導(dǎo)致運算精準(zhǔn)度較差；除此之外，有限元法的計算量較大，導(dǎo)致運算效率較低。特征線法只反映一維流體壓力、流量特性，難以體現(xiàn)流體的科氏力、慣性力等對管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變形和受力的影響，沒有與管路系統(tǒng)的振動問題有效結(jié)合，應(yīng)用范圍較小，因此導(dǎo)致建立的模型不準(zhǔn)確。

因此，有必要研究一種能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜管路系統(tǒng)的流固耦合建模方法和管路系統(tǒng)的流固耦合建模裝置。

需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的目的在于提供一種管路系統(tǒng)的流固耦合建模方法以及管路系統(tǒng)的流固耦合建模裝置，進而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的建模不準(zhǔn)確的問題。

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種管路系統(tǒng)的流固耦合建模方法，包括：按照管路系統(tǒng)的走向?qū)⑺龉苈废到y(tǒng)劃分為依次排列的多個直管單元；建立各個所述直管單元在流固耦合作用下的直管動力學(xué)模型；建立全局坐標(biāo)系并將所述直管動力學(xué)模型統(tǒng)一在所述全局坐標(biāo)系；在所述全局坐標(biāo)系中，按照多個所述直管單元的排列順序組合所述直管動力學(xué)模型形成系統(tǒng)動力學(xué)模型。

在本公開的一種示例性實施例中，所述管路系統(tǒng)包括直管部和/或彎管部，按照管路系統(tǒng)的走向?qū)⑺龉苈废到y(tǒng)劃分為依次排列的多個直管單元，包括：將所述管路系統(tǒng)中的每一直管部劃分為一個直管單元，將所述管路系統(tǒng)中的每一彎管部劃分為多個依次排列直管單元。

在本公開的一種示例性實施例中，建立各個所述直管單元在流固耦合作用下的直管動力學(xué)模型，包括：建立各個所述直管單元的局部坐標(biāo)系；基于所述局部坐標(biāo)系建立各個所述直管單元的流固耦合振動方程；根據(jù)活塞流模型建立流體的作用力方程；根據(jù)歐拉伯努力梁理論，建立所述直管單元的軸向力方程、剪切力方程、扭矩方程以及彎矩方程；結(jié)合所述流固耦合振動方程、所述作用力方程、所述軸向力方程、剪切力方程、扭矩方程以及彎矩方程，得到各個所述直管單元的直管動力學(xué)模型。

在本公開的一種示例性實施例中，所述局部坐標(biāo)系包括第一笛卡爾坐標(biāo)系，所述第一笛卡爾坐標(biāo)系的原點為所述直管單元的一端面的中心點，x軸的方向與所述直管單元的軸向一致，通過所述原點并與所述x軸相互垂直的兩個軸為y軸以及z軸。