【技术实现步骤摘要】
一种基于拉格朗日
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欧拉稳定配点的流固耦合计算方法
[0001]本专利技术涉及流固耦合计算
，尤其是涉及一种基于拉格朗日
‑
欧拉稳定配点的流固耦合计算方法。
技术介绍
[0002]涉及自由表面的流固耦合问题广泛存在于工程和自然界中，传统对该问题的研究主要包括理论分析和实验研究，而随着计算机技术的发展，数值模拟已成为当前研究该问题经济而有效的方法。在涉及流体自由表面的流固耦合问题中，一方面流体压力推动结构运动和变形，同时运动的结构又限制着流体流动；另一方面，流体域随着自由表面的演化和结构的运动而变化，同时自由表面又是由流体流动而决定；此外，流体在剧烈运动中还可能出现碎波现象。这些特点导致涉及自由表面的流固耦合问题模拟起来极具挑战性。
[0003]模拟流固耦合问题的数值方法主要可分为两类：整体求解方法和分区求解方法。其中，整体求解方法将流体和固体结合在同一求解域中，得到同时包括流体和固体的单一控制方程用于描述整个问题，并隐式地施加界面条件；此类方法使用统一的数值算法来求解流体和结...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于拉格朗日
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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
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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
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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＝0onΠ(x,t)nΠ(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
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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＝Ω＝Ωp
s
＝[F,M]＝[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
＝...
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