[发明专利]一种轻流体下和结构的声振耦合的模拟方法有效

专利信息
申请号: 202210845618.2 申请日: 2022-07-19
公开(公告)号: CN114912333B 公开(公告)日: 2022-11-04
发明(设计)人: 蒋光南;曾奇 申请(专利权)人: 上海索辰信息科技股份有限公司
主分类号: G06F30/23 分类号: G06F30/23;G06F17/16;G06F17/11;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
代理公司: 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人: 翁若莹;徐颖
地址: 200120 上海市浦东新区中国(*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 流体 结构 耦合 模拟 方法
【权利要求书】:

1.一种轻流体下和结构的声振耦合的模拟方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

1)控制方程建立:设结构Ωs是线弹性的,内部流体Ωf是均匀的、理想的和静止的流体,建立施加结构上的每单位面积的外力情况下的结构位移和流体中声压方程;

2)在步骤1)基础上,建立耦合问题的变分公式:在结构和内部流体定义的正则容许函数,再应用格林公式,获得压力流体加载条件下结构方程的弱积分公式和结构边界位移作用下流体方程的弱积分公式;

3)对步骤2)公式有限元离散化为结构的质量矩阵和刚度矩阵、作用于结构上的外部加载节点向量、流体的动能和压缩能矩阵以及结构与流体之间的表面耦合矩阵后,采用流体-结构界面的有限元离散化,获得耦合系统方程的离散化;

4)在不可压缩流体情况下,根据节点值对耦合系统的直接解析或模态分解的方法求解步骤3)耦合系统方程,得到结构的位移;

5)可压缩流体情况下,耦合系统投影到非耦合系统和流体模态基础上,计算出结构的动能和流场内声压的分布情况。

2.根据权利要求1所述轻流体下和结构的声振耦合的模拟方法,其特征在于,所述流体为气体或液体。

3.根据权利要求2所述轻流体下和结构的声振耦合的模拟方法,其特征在于,所述结构位移和流体中声压方程写为如下:

线性弹性动力学方程:(1),在结构Ωs内,

其中为结构应力张量,ρs为结构密度, 为结构位移场,ω为振动频率;

施加在结构Ωs上的每单位面积的外力:

(2),在外表面∂Ωs,F上,

由结构与内流体连接表面∂Ωw上的内部流体引起的结构上的单位面积的力:

(3),在内表面∂Ωw上,

其中为流体中的声压,和分别是结构和流体的向外法线;

施加的位移向量:(4),在表面∂Ωs,u上;

亥姆霍兹方程:(5),在流体Ωf内,

其中k =ω /c0是Ωf中的波数,c0为声速;

结构∂Ωs表面的流体和结构法向的位移连续,

,则线性化的欧拉方程:

(6),在内表面∂Ωw内,

其中ρ0为流体密度。

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