[发明专利]柔性网衣结构的精细化流固耦合三维数值模拟方法

摘要

本发明公开了一种柔性网衣结构的精细化流固耦合三维数值模拟方法，具有如下步骤：建立网衣的结构模型和网衣周围流场的三维数值模型；—求解流场三维数值模型的流体控制方程，计算得到网衣周围的动水压力P和速度U；动水压力P沿网线表面的进行积分运算，得到作用在网衣的水动力荷载Q₃；将所述的水动力荷载Q₃施加到所述的结构模型，求解结构模型，得到网衣的变形。本发明考虑结构的几何非线性情况及节点对刚度的影响情况，保证了网结构变形的连续性。同时采用SST k‑ω湍流方程，可考虑低雷诺数情况，在流固交接面处可进行受力传递，做到模型完全精细化耦合，减少了中间变量的设定，保证了模型的整体性及连续性。

主权项

1.一种柔性网衣结构的精细化流固耦合三维数值模拟方法，其特征在于具有如下步骤：‑建立网衣的结构模型和网衣周围流场的三维数值模型；‑求解流场三维数值模型的流体控制方程，计算得到网衣周围的动水压力P和速度U；将该动水压力P沿网线表面的进行积分运算，得到作用在网衣的水动力荷载Q3；‑将所述的水动力荷载Q3施加到所述的结构模型，求解结构模型，得到网衣的变形；所述的结构模型的控制方程为：式中，δ是节点位移增量向量，^t+ΔtQ是节点荷载向量，是等效单元应力的节点力向量，就是通常小位移情况下的单元刚度矩阵，是单元初位移刚度矩阵，是单元的初应力刚度矩阵， 和可以表示为：式中，₀D是材料本构矩阵，和是第二类Piola‑Kirchhoff应力矩阵和向量；和分别是线性应变和非线性应变和位移的转换矩阵；Q为结构受到的外载荷，包括重力载荷Q1、浮力Q2和水动力Q3；Q＝Q1+Q2+Q3；重力Q1＝ρ1gV，浮力Q2＝ρ2gV，水动力力Q3＝PS，其中，ρ1是网衣的网线密度，ρ2是水的密度，g是重力加速度，V是网衣结构单元的体积，P是作用于网线外表面的流体压力，由SST k‑ω湍流模型计算得到，S是网线单元的表面积，