[发明专利]一种库岸边坡滑坡涌浪的流固耦合数值计算方法

权利要求书

1.一种库岸边坡滑坡涌浪动态自由面的计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取预构建的边坡模型参数；

根据模型参数，计算得到流体的压力场以及流体的速度场；

根据流体的压力场计算滑坡体的运动速度；

对流体的压力场、流体的速度场以及滑坡体的运动速度进行收敛性判断；

满足收敛性后，根据速度场计算自由面位置；

根据自由面位置计算求解下一时刻自由面位置的流体域内各点物理参数。

2.根据权利要求1所述的一种库岸边坡滑坡涌浪动态自由面的计算方法，其特征在于：获取预构建的边坡模型参数的方法包括如下步骤：

根据已有地形、水位和滑坡体形状位置进行建模；

对流体域采用有限元建模；

对滑坡体采用离散元建模；

分别获取构建的流体域模型和滑坡体模型的模型参数。

3.根据权利要求1所述的一种库岸边坡滑坡涌浪动态自由面的计算方法，其特征在于：所述流体的压力场以及速度场的计算方法包括如下步骤：

在动量方程中引入附加体力项并计算其值；

根据附加体力项计算得到压力场增量；

通过压力场增量进行迭代更新得到压力场；

忽略动量方程中的附加体力项，计算得到中间速度场；

根据附加体力项对中间速度场进行校正得到速度场。

4.根据权利要求3所述的一种库岸边坡滑坡涌浪动态自由面的计算方法，其特征在于：在动量方程中引入附加体力项并计算其值的方法包括如下公式及步骤：

结合模型参数构建引入附加体力项的动量方程：

式中，u表示流体速度场；t表示时间；p表示流体压力场；ρ表示流体密度；f_b表示体力项；τ表示流体粘性应力张量；f表示附加体力项；

确定滑坡体外表面的速度边界条件：

Vⁿ⁺¹＝Uⁿ⁺¹；

式中，V表示物面边界点的固体速度；U表示由流体网格点插值到物面边界点上的速度；

根据速度边界条件确定附加体力项的计算公式：

fⁿ⁺¹Δt＝D(Fⁿ⁺¹Δt)＝D[Vⁿ⁺¹-I(uⁿ+Kⁿ+Rⁿ⁺¹)]；

式中：I表示插值函数，将流体网格点上的物理量插值到物面边界点上；D表示分配函数，将物面边界点上的物理量分配到流体网格点上；

Fⁿ⁺¹Δt＝Vⁿ⁺¹-I(uⁿ+Kⁿ+Rⁿ⁺¹)；

其中，Kⁿ由下式得到：

Rⁿ⁺¹由下式得到：

迭代求解体力项的计算公式：

令f^n+1,k,0＝f^n+1,k-1，i＝1，根据计算式：

f^n+1,k,i△t＝f^n+1,k,i-1△t+D[Vⁿ⁺¹-I(uⁿ+Kⁿ+Rⁿ⁺¹+f^n+1,k,i-1△t)]；

在此基础上，计算进行收敛性判断；f^n+1,k-1表示第n+1个时间步的第k-1个外迭代步，f^n+1,k,0表示第n+1个时间步的第k-1个外迭代步里的内迭代步的初始值。

其中||·||表示任一范数，如果范数小于容差ε，则结束，否则令i＝i+1，迭代计算直到满足收敛条件，最终得到：

f^n+1,k＝f^n+1,k,i。