[发明专利]一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法

权利要求书

1.一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于具体步骤包括：

（1）利用网格划分模块，将整个流体和结构组成的耦合系统区域在Euler描述下采用笛卡尔网格划分，并将单元坐标信息输出到文件fnode.txt；超弹性体在Lagrange描述下使用适体曲线网格划分，相应网格节点信息文件输出到snode.txt；

（2）利用初值计算模块，加载流体计算的边界条件，将流体和超弹性体组成的耦合系统区域看成Euler描述下单一流场的求解，求得流体和结构组成的耦合系统区域的稳态流场作为流场瞬态计算的初值条件；

（3）利用浸入边界法模块，在时间上推进由超弹性结构和周围流场组成的整个物理系统，并设定流场计算模块、信息交换模块和弹性力计算模块；

（4）调用结果输出模块，将步骤(3)得到的每一时间步计算的超弹性结构瞬态位移响应以及流场信息输出到文件result.txt；

（5）根据步骤（4）得到的结果，设定时间步长为                                                ，要求计算的总物理时间为,时间步数为，若,则进入下一时间步，继续调用浸入边界法模块进行下一时间步的计算，即重复执行步骤（3）和（4）；若，则结束整个计算，得到预测的大变形超弹性结构流激振动特性结果。

2.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于步骤（3）的具体方法为：

A、流场计算模块：将流体笛卡尔网格单元中心上附加的流体力密度fforce.txt对应加载到相应的流体单元上，然后调用流体求解器，求解附加了流体力密度的瞬态流体控制方程，并通过程序接口，提取笛卡尔网格流体单元中心速度，输出到文件fvelocity.txt；

B、信息交换模块：利用信息交换模块实现拉格朗日变量与欧拉变量之间的转换，得到的变换结果为：

式中和都是流体网格上的欧拉变量，表示附加的流体力密度，表示流场速度，和都是超弹性体有限元网格上的拉格朗日变量， 为超弹性体所占的空间区域，为流体和超弹性结构所占的整个物理区域；然后通过将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度sforce.txt转换到流体笛卡尔网格单元中心上的体积力密度，并将结果输出到文件fforce.txt, 通过将流体笛卡尔网格单元中心上的流体速度fvelocity.txt转换到超弹性体有限元网格节点上的速度, 并将结果输出到文件svelocity.txt；

C、弹性力计算模块：根据得到的超弹性体位移，得出弹性体变形梯度张量，式中表示梯度算子，进而得到第一P-K应力张量为，式中为弹性材料常数，则超弹性体作用力密度为：

式中 为超弹性体所占的空间区域， 为超弹性体所占空间区域边界，为超弹性体所占空间区域边界的外法线方向；最后将超弹性体弹性力密度分布输出到文件sforce.txt；

D、调用信息交换模块，结合超弹性体弹性力密度文件sforce.txt，将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度转换到流体网格单元中心上的附加流体力密度，并输出到文件fforce.txt，并将该附加流体力密度对应加载到相应的流体单元上；

E、调用流体求解器，求解附加流体力密度的瞬态流体控制方程，同时通过自编程序，提取笛卡尔网格单元中心流场速度并输出到文件fvelocity.txt；

F、重复A～E，直到满足物理上需要的计算时间后，停止计算。

3.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于：所述流体计算的边界条件包括无滑移无渗透壁面边界条件、速度进口边界条件和自由出流边界条件。

4.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于：所述流体计算模块中流体求解器是CFD流体求解器、开源的程序代码或自编程序代码。

5.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于：所述时间步是指把物理上连续的时间分割成的有限时间段，每一时间段即为一个时间步。