[发明专利]一种针对弹性薄壁结构的流固耦合方法

摘要

本发明公开了一种针对弹性薄壁结构的流固耦合方法：流体运动由光滑粒子流体动力学方法计算，并采用动力学边界粒子处理固壁边界，固体弹性响应由有限元方法计算；建立了有限元网格和动力学边界粒子间的空间位置对应关系，并提出了流固两项间流体力、速度和位移的信息传递方式；通过引入适当的结构刚度阻尼来增强流固耦合算的数值稳定性。本发明在流体力求解方面，省去了确定固壁边界法线方向的步骤，简化了对具有复杂物面形状的流固耦合问题的求解；在流固交界面处理方面，避免了固体域最外层网格因受力集中而发生网格畸变；在流固耦合算法的稳定性方面，通过设置结构刚度阻尼来稳定计算，避免了长时间计算所导致的物理量失真问题。

主权项

1.一种针对弹性薄壁结构的流固耦合算法，其中，所述的弹性薄壁结构至少包括在土木、水利、海洋工程领域应用的一切厚度相对较长度能忽略不计的结构构件，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、流体运动由流体连续性方程和纳维‑斯托克斯方程控制，并利用流体状态方程闭合；采用光滑粒子流体动力学方法对由所述流体连续性方程、所述纳维‑斯托克斯方程和所述流体状态方程组成的流体控制方程进行离散，得到常微分方程组；利用预报矫正数值积分方法求解所述常微分方程组，得到流体粒子的位移、速度和密度；利用动力学边界粒子方法施加流体固壁边界条件，基于流体粒子和动力学边界粒子间的动量守恒原理求得流体对固体的作用力；步骤(2)、固体弹性变形由结构动力学方程控制；采用有限元方法离散所述结构动力学方程，得到常微分方程；利用纽马克数值积分方法求解离散后的所述常微分方程，得到固体上各有限元单元的位移、速度和加速度；步骤(3)、建立起有限元网格和动力学边界粒子间的空间位置对应关系；步骤(4)、建立起有限元网格和动力学边界粒子间的信息传递关系。