[发明专利]一种考虑载荷不确定性的流固耦合界面数据传递方法

说明书

本发明公开了一种考虑载荷不确定性的流固耦合界面数据传递方法。该方法考虑流固耦合界面数据传递中流体域载荷不确定性输入，首先构造了载荷不确定性的区间表征，建立了含不确定性的径向基插值函数；基于径向基插值函数，构建了求解待求系数的定解条件；进而，由流固耦合界面流体域物理量的定解条件，完成了含不确定性的待定系数的计算求解；最后，基于固体域物理量与待定系数之间的关系式，推导了数据传递矩阵的数学表达，完成了固体域载荷变化范围和上下界的可信预测，从而实现了流固耦合界面载荷不确定性数据的有效传递。

技术领域

本发明属于流固耦合分析中耦合界面数据传递技术领域，特别涉及一种考虑载荷不确定性的流固耦合界面数据传递方法，为实现含不确定性的流固耦合界面数据的有效传递与可信预测提供了可行的理论依据与技术支撑。

背景技术

数据传递方法的研究主要集中在航空航天、土木工程中流固耦合领域。在流体载荷作用下，固体结构会产生位移和速度，而固体结构的变形与运动将会进一步影响到流体载荷。由于不同物理场计算模块对网格类型和疏密要求有很大差异，流体域和固体域网格之间在界面上并不匹配，为了实现耦合计算必须解决不同物理量在不匹配的网格之间的数据传递问题。

从数学角度看，两套不匹配的网格之间的数据传递是一个双向插值问题。现有数据传递方法可以分为局部插值方法和整体插值方法两类。局部插值方法是指在数据传递时，流体或固体界面网格点的未知物理量可根据固体或流体界面上的部分单元或网格点的已知物理量求得，而整体插值方法则需要根据所有单元或网格点上的已知物理量求得。局部插值方法主要包括映射点插值法、加权余量法、常体积转换法等，目前商用软件应用较多，但不可避免地涉及到映射点搜寻问题，需要一定的算法，特别是对于具有复杂几何外形的界面，更加难以处理，直接影响计算精度。整体插值方法主要包括样条函数法、Shepard法、径向基函数插值法等，只依赖于耦合界面网格点的坐标信息，更容易处理流固耦合界面的网格不匹配问题。

径向基函数是一种基于距离的特殊函数，因便于处理大型散乱数据而被广泛应用，具有插值形式简单、各向同性等特点，仅需知道节点坐标信息即可求解计算，非常适合耦合界面数据传递使用，近年来基于径向基函数插值的耦合界面数据传递方法得到了极大的发展。

在实际工程结构中，结构受到的载荷不可避免地存在因预测不准、计算误差等引起的不确定性，从而对结构的分析和设计造成影响，甚至产生结构破坏等安全性事故。目前，载荷不确定性的影响已在结构分析与优化设计领域中广泛考虑，并形成了相应理论，而在流固耦合界面数据传递方面仍然少见。因此，在已知载荷不确定性条件下，如何有效传递载荷数据，从而可信预测载荷范围是开展含不确定性的流固耦合分析的关键环节。

本发明将重点探究考虑载荷不确定性的流固耦合界面数据传递问题，为实现含不确定性流固耦合界面数据传递的合理表征提供技术保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种考虑载荷不确定性的流固耦合界面数据传递方法，充分考虑实际工程问题中普遍存在的载荷不确定性因素，以提出的区间载荷数据径向基函数插值方法作为载荷变化范围预测的指导策略，实现载荷数据的有效传递，所得到的数据传递结果符合真实情况，工程适用性更强。

本发明采用的技术方案为：一种考虑载荷不确定性的流固耦合界面数据传递方法，该方法实现步骤如下：

第一步：考虑三维欧氏空间内一组位置互不相同点X＝{x₁,x₂,…,x_n}，称为“中心点”，各个中心点对应的标量值分别为g₁,g₂,…,g_n。假设各标量值代表的物理量为载荷，包括压强、热流密度、力，其中此处的力仅表示某一确定方向上的力的大小，为标量。由于测量、计算方面存在误差，载荷存在一定程度的不确定性，这些标量值可以表示为：