[发明专利]一种基于数据拟合的流场受力分析方法

摘要

本发明涉及一种基于数据拟合的流场受力分析方法，包括如下步骤：步骤1：建立CFD仿真环境。步骤2：CFD数据采集；步骤3：流场受力模型的函数形式推测；步骤4：模型参数估计；步骤5：模型参数的有效性验证。本发明解决了形状复杂物体产生的变化流场受力分析困难的问题，得到的受力模型是解析解的形式，可以用于特性分析以及控制器设计等。

主权项

1.一种基于数据拟合的流场受力分析方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：CFD仿真环境建立首先需要建立研究对象的三维模型；研究对象包括两部分，一部分是影响流体运动从而产生变化流场的物体A，另一部分是处于变化流场中需要进行受力分析的物体B；假设物体A的尺寸远大于物体B，因此只考虑物体A对流场的影响；在三维模型上建立用于CFD计算的CFD坐标系of‑xfyfzf，坐标系的位置和方向根据具体问题设置，要使得研究对象于坐标系中具有良好的对称性；此外，对三维模型周围的大气区域进行网格划分，用于后期的CFD仿真计算求解；研究对象表面的网格需要密集划分，边缘部分网格可以稀疏；步骤2：CFD数据采集在步骤1建立的CFD仿真环境中，每次改变物体B的位置，然后进行数值计算得到此时物体B的受力结果；具体步骤如下：(1)物体B的每一个位置点在CFD坐标系中对应一个位置坐标用CFD软件进行一次解算，获得相应的作用在物体B上的力F_B,i＝[F_Bx,i F_By,i F_Bz,i]^T，记录为第i组训练数据(2)在划分的运动区域内，改变物体B的位置，重复步骤(1)中的流程采集n组训练数据；步骤3：流场受力模型的函数形式推测根据步骤2得到的n组训练数据i＝1,2,…,n，分别推测三个轴向，即o_fx_f方向，o_fy_f方向和o_fz_f方向的流场受力模型的函数形式；物体B的受力和其位置相关，满足其中，F_B＝[F_Bx F_By F_Bz]^T表示物体B在流场中受到的力，表示物体B在CFD坐标系中的位置，C表示模型参数，f(·)表示函数关系；将式(1)在三个轴向展开，表示为其中，FBx为ofxf方向的受力，FBy为ofyf方向的受力，FBz为ofzf方向的受力，Cx,Cy和Cz分别为这三个方向上的模型参数；步骤4：模型参数估计式(2)中包含模型参数Cx,Cy和Cz，用训练数据来估计这些参数；以均方误差作为代价函数，那么相应的优化问题表达为其中，和分别表示C_x,C_y和C_z的估计值，N_x,N_y和N_z分别表示估计C_x,C_y和C_z时采用的训练数据的个数；步骤5：模型参数的有效性验证为了验证参数的有效性，选择决定系数作为判断拟合效果的标准，记为和的决定系数分别为其中，SSE表示残差平方和，SST表示总平方和，下标x,y,z分别对应和残差平方和总平方和计算方法如下其中，N_vx,N_vy,N_vz表示用来验证的训练点的个数，N_x,N_y,N_z分别表示估计模型参数时用到的训练点的个数，表示第i组训练数据。