[发明专利]一种水翼流固耦合面水动力和位移传递算法

权利要求书

1.一种水翼流固耦合面水动力和位移传递算法，其特征在于，该算法包括

(1)位移传递方法：

在水翼流固耦合计算中，在流固耦合面上的任意一个流场网格节点A，必然存在一个与A最近的水翼有限元网格单元；在计算的初始时刻，水翼虽然受到了水动力的作用，但是还未发生振动及变形，所述水翼有限元网格单元附近存在一点a，其空间坐标(x_a,y_a,z_a)与A的空间坐标(x_A,y_A,z_A)相等；当水翼在水动力作用下发生振动或变形时，a的坐标也随之变化；设定A与a的位移相同，使水翼发生振动和变形之后，A和a的空间坐标仍然保持相等；至此，完成了水翼振动及变形位移向流场网格的传递；

(2)水动力传递方法：

基于上述设定A与a的位移相同，直接采用水翼流固耦合面上流场网格面的流场压力作为水动力传递的源，通过力等效的方法推导流固耦合面上水翼流场网格节点水动力向量，从而实现水动力的传递。

2.根据权利要求1所述的水翼流固耦合面水动力和位移传递算法，其特征在于，该算法适用于六面体有限元网格和四边形流场网格的面网格，实际应用时应采用结构化网格离散方法对水翼及其流场进行空间离散。

3.根据权利要求2所述的水翼流固耦合面水动力和位移传递算法，其特征在于，设水翼六面体有限元网格单元的节点编号为1～8；在有限元理论中，点a的位移是与有限单元1～8号节点的位移相互关联的，即：

式中，x_a表示点a的位移，x_i表示第i号节点的位移，N_i表示第i个节点相关的形函数，

则A的位移为：

式中，x_A表示A的位移。

4.根据权利要求2所述的水翼流固耦合面水动力和位移传递算法，其特征在于，水动力传递方法中通过力等效的方法推导流固耦合面上水翼流场网格节点水动力向量，具体为：

对于水翼流固耦合面上任意一个流场网格节点M，其附近必定存在4个四边形流场网格面，假定这4个流场网格面编号为1、2、3、4，而M正是4个流场网格面的公共节点；

在流场计算的有限体积理论中，流场压力值存储在流场网格单元面的中心点上，那么节点M的水动力向量F_M可以采用上述4个流场网格面中心点处的水动力向量平均得到，即：

式中，p_i表示第i个流场网格单元面中心点处的流体压力；s_i表示第i个流场网格单元面的面积向量。