[發(fā)明專利]一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911020077.4
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110633556B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋迎東;韓棟;高希光;張盛;于國強
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

1.一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：建立編織CMCs代表體元的有限元模型，并賦予纖維束合適的細(xì)觀力學(xué)模型；

步驟二：計算編織CMCs代表體元的有限元模型的加卸載遲滯回線，插值出任意加卸載遲滯回線響應(yīng)，得到任意加卸載應(yīng)力應(yīng)變計算方法；

步驟三：流固耦合界面上，通過CFD計算流體載荷，讀取流體載荷并映射到固體結(jié)點上，并計算得到固體結(jié)點載荷；

步驟四：基于步驟二得到的任意加卸載應(yīng)力應(yīng)變計算方法，結(jié)合顯式動力學(xué)積分和步驟三計算的固體結(jié)點載荷，求得當(dāng)前時間步的CMC結(jié)構(gòu)的流固耦合動力學(xué)響應(yīng)；

步驟五：讀取步驟四求得的流固耦合動力學(xué)響應(yīng)中的固體結(jié)點位移結(jié)果并映射到流體結(jié)點上，求得耦合面流體結(jié)點位移結(jié)果，其中，流體域與固體域采用相同的時間步長；

步驟六：根據(jù)步驟五求得的流體結(jié)點位移結(jié)果對流體結(jié)點位置進行更新，并轉(zhuǎn)至步驟三進行下一個時間步的CMC結(jié)構(gòu)的流固耦合動力學(xué)響應(yīng)計算。

2.如權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法，其特征在于：步驟二中，給予代表體元有限元模型一系列加卸載路徑，加卸載過程中最大應(yīng)變值逐漸增大，獲得與不同最大應(yīng)變值相對應(yīng)的遲滯回線。

3.如權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法，其特征在于：步驟二中，利用三次多項式對遲滯回線進行擬合，擬合得到不同ε_i對應(yīng)的多項式系數(shù)a_n，b_n(n＝1～4)：

式中，σ為應(yīng)力，ε為應(yīng)變，ε_i為第i個遲滯回線的最大應(yīng)變值，+、-分別代表加載與卸載；

則任意最大應(yīng)變值ε_t，當(dāng)其處于某兩個代表體元有限元模型計算所得的最大應(yīng)變值之間時，即(ε_i＜ε_t＜ε_i+1)時，則當(dāng)前遲滯回線的多項式系數(shù)插值為：

當(dāng)振幅由大到小時，加卸載發(fā)生在最大遲滯回線內(nèi)部時，假設(shè)當(dāng)前應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)在P點，其位置為(ε_P，σ_P)，通過動力學(xué)數(shù)值計算，得到下一時刻的位移，則可確定相應(yīng)的應(yīng)變ε_P′，此時通過下式計算下一時刻P′點的應(yīng)力值σ_P′：

式中，A、B分別代表遲滯回線的上下頂點。

4.如權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法，其特征在于：步驟三中，通過CFD進行流體域求解，獲得流固耦合面上流體單元的幾何信息和載荷信息。

5.如權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法，其特征在于：步驟三中，首先進行固體單元與流體單元之間的配對，每個固體單元對應(yīng)n個流體結(jié)點；然后通過下式，實現(xiàn)流體載荷向固體結(jié)點的映射：

式中，s代表固體，f代表流體，F(xiàn)_si代表作用于某固體單元第i個結(jié)點上的等效流體載荷，表示第k個流體單元作用力映射到第i個固體結(jié)點對應(yīng)的等參插值系數(shù)，等參插值系數(shù)通過牛頓迭代法計算；表示第k個流體單元對當(dāng)前固體單元的作用力。

6.如權(quán)利要求1所述的一種陶瓷基復(fù)合材料流固耦合響應(yīng)計算方法，其特征在于：步驟五中，首先匹配每個固體單元的某個面和面內(nèi)的n個流體結(jié)點；然后通過下式，實現(xiàn)固體結(jié)點的位移向流體結(jié)點的映射：

式中，u_fj代表某流體單元上的第j個流體結(jié)點的位移，表示固體單元第i個結(jié)點的位移映射到第j個流體結(jié)點對應(yīng)的等參插值系數(shù)，等參插值系數(shù)通過牛頓迭代法計算；u_si表示第i個固體結(jié)點的位移。