[发明专利]一种基于拉格朗日-欧拉稳定配点的流固耦合计算方法

权利要求书

1.一种基于拉格朗日-欧拉稳定配点的流固耦合计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、初始化处理，包括初始化拉格朗日粒子和欧拉背景节点，其中，拉格朗日粒子用于描述流体运动；

S2、将流体信息从拉格朗日粒子映射到欧拉背景节点，并确定出自由表面与流固界面；

S3、将自由表面和流固界面附近的欧拉背景节点的流体速度外推；

S4、通过稳定配点法在欧拉背景节点上求解流固耦合问题的控制方程，并计算结构的速度；

S5、根据步骤S4的求解和计算结果，再次将自由表面和流固界面附近的欧拉背景节点的流体速度外推；

S6、将步骤S4的求解结果从欧拉背景节点映射至拉格朗日粒子，并对拉格朗日粒子速度进行修正；

S7、更新拉格朗日粒子、重新分布拉格朗日粒子；

S8、判断当前时间步总时长是否大于设定的模拟时长，若判断为是，则执行步骤S9，否则更新当前时间步，返回执行步骤S2；

S9、进行后处理，完成流固耦合计算过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于拉格朗日-欧拉稳定配点的流固耦合计算方法，其特征在于，所述拉格朗日粒子包括流体粒子和结构粒子，其中，流体粒子用于附加流体信息，结构粒子用于附加刚体信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于拉格朗日-欧拉稳定配点的流固耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体是将流体粒子映射到欧拉背景节点，使得欧拉背景节点附着在流体粒子上，并在一个时间步内随流体粒子一起发生运动。

4.根据权利要求1所述的一种基于拉格朗日-欧拉稳定配点的流固耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S2中自由表面与流固界面具体为：

u＝u_Γ(x,t) onΓ(x,t)

p＝0 onΠ(x,t)

ω＝ωk

其中，u＝[u₁,u₂]为二维问题中的流体速度矢量，p为流体压力，t为时间，v＝[v₁,v₂,ω]为固体结构旋转中心的速度矢量，v₁、v₂、ω分别为x方向速度、y方向速度和角速度，k为沿z方向的单位向量，ω为界面上的角速度矢量，Γ(x,t)、Π(x,t)和Λ(x,t)分别为固体边界、自由表面边界和流固界面，为界面上的速度矢量，X_r＝[X_r Y_r]^T为结构的旋转中心。

5.根据权利要求1所述的一种基于拉格朗日-欧拉稳定配点的流固耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S4中流固耦合问题的控制方程由拉格朗日描述的N-S方程和牛顿定律公式组合而成，所述流固耦合问题的控制方程具体为：

Ω_f∪Ω_s＝Ω

p_s＝[F,M]

其中，流固耦合问题域为Ω，流体域为Ω_f，结构域为Ω_s，u＝[u₁,u₂]为二维问题中的流体速度矢量，p为流体压力，t为时间，ρ为不可压缩流体的密度常数，ν为流体的运动粘度，f＝[0,-g]^T为流体的体力矢量，g为重力加速度，v＝[v₁,v₂,ω]为固体结构旋转中心的速度矢量，v₁、v₂、ω分别为x方向速度、y方向速度和角速度，表示结构的质量矩阵，和分别为结构的质量和转动惯量，g＝[0,-g,0]^T为结构的重力矢量，p_s＝[F,M]表示施加在结构上的流体压力，F和M分别为作用在结构旋转中心上的等效轴向力和力矩，X_c＝[X_c Y_c]^T为结构质量中心，n_s为结构的单位外法线向量，k为沿z方向的单位向量。