[发明专利]一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统

权利要求书

1.一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，包括：

基于曲面壁板在n时刻的结构状态，预测曲面壁板时刻的结构状态；

对所预测的曲面壁板时刻的结构状态进行转换，预估曲面壁板时刻的流体边界信息；

基于曲面壁板时刻的流场网格和时刻的流体边界信息，采用插值方法，预测曲面壁板时刻的流场网格；

基于所预测时刻的流场网格和几何守恒律，计算控制体的体积；

根据时刻的流场网格和控制体的体积对欧拉方程进行求解，得到曲面壁板时刻的气动载荷；

对曲面壁板时刻的气动载荷进行转换，预测曲面壁板时刻的结构载荷，进而预估n+1时刻的结构载荷；

结合曲面壁板的结构动力学原理和预估的n+1时刻的结构载荷，得到n+1时刻结构状态。

2.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述结构状态包括位置d_n、速度和结构载荷F_s,n；所述基于曲面壁板在n时刻的结构状态，预测曲面壁板时刻的结构状态，具体为：

所述对所预测的曲面壁板时刻的结构状态进行转换，预估曲面壁板时刻的流体边界信息，具体为：

采用间接边界元法，将曲面壁板时刻的结构状态转换为时刻的流体边界信息：

u_a＝Su_s (2)

S＝B_bmS_mi (3)

式中，u_a为流场网格上的位移，u_s为结构网格上的位移，S_mi为结构网格到间接边界单元的样条矩阵，B_bm为间接边界单元到流场网格的转换矩阵，S为结构网格到流场网格的样条矩阵。

3.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述基于已知的曲面壁板时刻的流场网格和时刻的流体边界信息，采用插值方法，预测曲面壁板时刻的流场网格，具体为：

基于预测的时刻流体边界信息和曲面壁板时刻的流场网格，利用TFI插值方法，做出符合时刻流体边界信息的每个边界网格点的变形，由点到线、由线到面、由面到体地进行插值和变形，得到时刻完整的流场网格。

4.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述基于所预测时刻的流场网格和几何守恒律，计算控制体的体积，具体为：采用几何守恒律得到控制体体积：

其中，v为控制体表面运动速度，S为控制体面积矢量，Vⁿ为n时刻的控制体体积，V^n-1为n-1时刻的控制体体积。

5.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述根据时刻的流场网格和控制体的体积对欧拉方程进行求解，得到曲面壁板时刻的气动载荷，具体为：

利用AUSMpw+空间离散格式、MUSCL插值格式与LU-SGS-τT时间推进格式求解欧拉方程，得到曲面壁板时刻的气动载荷。

6.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述对曲面壁板时刻的气动载荷进行转换，预测曲面壁板时刻的结构载荷，进而预估n+1时刻的结构载荷，具体为：

在得到流场网格上的气动载荷之后，采用界面映射技术转换成等效时刻的结构载荷：

F_s＝S^TF_a (5)

其中，F_s为结构载荷，F_a为气动载荷，S^T为流场网格到结构网格的样条矩阵；

所述预估n+1时刻的结构载荷：

F_s,n+1＝2F_s,n+1/2-F_s,n (6)

其中，F_s,n+1为n+1时刻的结构载荷，F_s,n+1/2为时刻的结构载荷。