一种流-固载荷的转换方法

摘要

本发明涉及一种流-固载荷的转换方法，依次包括以下步骤：1建立流场计算模型；2建立固体计算模型；3采集受力面的面积；4建立局部坐标系；5建立坐标系之间的转换矩阵；6得到气动网格节点所对应的固体结构单元；7得到集中力；8建立等参单元；9建立固体结构单元和其对应的等参单元的映射关系；10建立面积微元；11应用最小势能原理，得到局部坐标系下的所有节点力；12将节点力转换到整体坐标系下；13得到每个固体结构单元的节点力。本发明依据最小势能原理，能够很好地实现流-固载荷的转换，达到较高的精度，具有较高的实际应用价值。

主权项

一种流‑固载荷的转换方法，依次包括以下步骤：步骤1、采集固体结构的实际外形和物理尺寸，建立流场计算模型；采集固体结构所处的流场的物理参数，对流场计算模型划分气动网格，得到每个气动网格节点的坐标和每个气动网格节点的气动力；步骤2、根据步骤1采集的固体结构的实际外形和物理尺寸，建立固体计算模型和整体坐标系；对固体计算模型划分固体结构单元和固体结构单元的节点，确定每个节点所属的固体结构单元，每个固体结构单元的节点在整体坐标系下的坐标；所述固体结构单元包括实体单元和板壳单元；步骤3、当固体结构单元为实体单元，判别固体结构单元的受力面，采集受力面的面积；当固体结构单元为板壳单元，采集受力面的面积；步骤4、在每个固体结构单元的中面上建立一个局部坐标系；步骤5、得到每个局部坐标系的方向余弦，建立整体坐标系和每个局部坐标系之间的转换矩阵；步骤6、得到气动网格节点到每个固体结构单元的距离；气动网格节点到每个固体结构单元的距离为气动网格压心节点到固体结构单元所属的节点的距离的平均值；得到离气动网格节点距离最近的固体结构单元；重复本步骤，找到每个气动网格节点所对应的离其距离最近的固体结构单元；步骤7、将每个气动网格节点的气动力乘以该气动网格节点所对应的固体结构单元的受力面的面积，得到集中力；步骤8、建立每个固体结构单元的等参单元，并确立等参单元的节点、确立固体结构单元的节点与该固体结构单元对应的等参单元的节点之间的对应关系，确立每个等参单元在自然坐标系下相应的位移形函数；步骤9、建立每个固体结构单元和其对应的等参单元的映射关系，得到映射关系的雅克比行列式；步骤10、建立自然坐标系下的等参单元的面积微元，将雅克比行列式乘以自然坐标系下的等参单元的面积微元，得到总体坐标系下的固体结构单元的面积微元；步骤11、利用最小势能原理，将集中力转化为局部坐标系下固体结构单元的节点力；包括：令气动力在任意的虚位移上对固体结构做的功和节点力在任意的虚位移上对固体结构做的功相等，令虚位移和实际位移具有相同的位移形函数；当固体结构单元为板壳单元，令集中力作用在板壳单元对应的等参单元的中心，将等参单元的位移形函数的转置矩阵乘以集中力列阵，得到等参单元的节点力，根据等参单元的节点和固体结构单元的节点的对应关系，得到局部坐标系下的与等参单元对应的板壳单元的节点力；当固体结构单元为实体单元，令集中力作用在实体单元对应的等参单元的中心，将等参单元的位移形函数的转置矩阵乘以集中力列阵再乘以总体坐标系下的固体结构单元的面积微元，并对实体单元受力面的面积区域求积分，得到局部坐标系下的与等参单元对应的实体单元的节点力；步骤12、依据步骤5确定的局部坐标系和整体坐标系的转换矩阵，将步骤11得到的节点力转换到整体坐标系下，得到整体坐标系下的所有节点力；步骤13、将对应于同一个的固体结构单元的节点力叠加，得到每个固体结构单元的节点力。