[發(fā)明專利]一種大幅六自由度運動的流固耦合模擬方法

有效

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• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110717285B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 明平劍;肖藝;張文平;張新玉;柳貢民;曹貽鵬;國杰;趙曉臣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明的目的在于提供一種大幅六自由度運動的流固耦合模擬方法，包括以下步驟：(1)劃分結構物六自由度網格；(2)設定參數(shù)；(3)讀入網格、設置邊界條件和初場；(4)重構球面supermesh；(5)求解流場；(6)求解各物理量；(6)由流場求解結構物再地球坐標系下的位移；(7)更新球形區(qū)域網格節(jié)點坐標；(8)由彈簧法更新非球形區(qū)域網格節(jié)點坐標；返回步驟(4)，開始下一個時間步的計算，直至計算完成。本發(fā)明可以適用于結構物大幅度六自由度流固耦合模擬，并保持網格運動時的網格質量；并且，本發(fā)明構造的球面supermesh重構方法計算流程簡單，容易實現(xiàn)，且計算速度快，可靠性高；突破了傳統(tǒng)滑移網格只能處理單一自由度網格運動的局限性。

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種計算機輔助工程(CAE)、計算流體力學(CFD)、流固耦合方法。

背景技術

隨著計算機技術和數(shù)值方法的飛速發(fā)展，計算流體力學方法(CFD)開始活躍于空氣動力學和船舶與海洋工程的各個領域當中，已有越來越多研究工作基于CFD方法開展研究。然而CFD的發(fā)展一直受困于多個瓶頸，其中一個關鍵問題就是動網格技術。在結構物流固耦合運動問題當中，需要處理其六個自由度的運動。

結構物在流體中具有六個自由度的運動，并且在流體的作用下，其運動規(guī)律極其復雜。因此，要準確地模擬計算結構物的運動，并考慮流固耦合作用，就必須要讓網格“動”起來。

傳統(tǒng)的動網格技術主要有兩大類:

一種方案是滑移網格方法。滑移網格技術是常用的動網格方法，這種動網格方法能夠處理沿直線平移或者繞著固定軸旋轉等網格運動，但是只適用于簡單的單個自由度運動，并且運動軌跡固定。在船舶與海洋工程中，滑移網格方法在實際應用中僅限于船舶固定、螺旋槳在船后旋轉的情況，無法適應于船體的旋轉運動，且一旦船舶擁有較大幅度的運動，并且同時考慮螺旋槳的旋轉時，傳統(tǒng)的滑移網格就難以適用了。

另一種方案是網格變形法。傳統(tǒng)的網格變形有彈簧法、局部網格重構法等，也僅能處理結構物小幅度運動的情況，當發(fā)生大幅度的旋轉時，網格會出現(xiàn)嚴重變形、扭曲，導致網格質量下降，甚至計算發(fā)散。

因此，傳統(tǒng)動網格技術上的局限性使CFD在應用過程中，始終很難做到真正意義上的結構物大幅度六自由度流固耦合模擬計算。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供克服傳統(tǒng)動網格技術不足的一種大幅六自由度運動的流固耦合模擬方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種大幅六自由度運動的流固耦合模擬方法，其特征是：

(1)劃分結構物六自由度網格，以結構物的旋轉中心為球心，將計算域劃分為包含結構物的球形計算域Ω_S和球外計算域Ω_R，并分別生成計算網格τ_S和τ_R；定義τ_S和τ_R的球面交界面網格為Π_S和Π_R；

(2)設定參數(shù)：分別給定結構物的旋轉中心和重心在地球坐標系下的初始坐標和結構物的質量m、基于結構物重心的主轉動慣量(I_xcg,I_ycg,I_zcg)；

(3)讀入網格、設置邊界條件和初場；

(4)重構球面supermesh；

(5)求解流場；

(6)求解各物理量；