【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流固耦合仿真，提供了一种基于柔性多体动力学的高精度流固耦合仿真方法。
技术介绍
1、在航空航天领域，流固耦合现象具有重要的科学和工程意义。这种现象指的是飞行器结构弹性与周围流体(如空气或水)的动力学相互作用。这种相互作用对飞行器的设计、性能和安全性产生了深远影响，特别是在飞行器的气动弹性稳定性、结构优化设计、飞行器的控制系统设计等方面。
2、随着飞行器设计技术的不断进步，出现了一种新型的飞行器——变体飞行器，其特点是可以根据飞行环境和任务需求，通过机构运动和结构变形，实现飞行器外形的连续、光滑变化。这种变化形式极大地提高了飞行器的飞行性能和隐身性，因此受到各国研究者的广泛关注。
3、然而，由于变体飞行器的结构设计涉及到大范围的刚体运动与弹性变形的耦合，因此传统的流固耦合分析方法已经不能满足其设计和分析的需求。这种耦合动力学在学术界通常被称为柔性多体动力学，已经成为新世纪以来研究者关注的热点问题。
4、此外，这种基于柔性多体动力学的流固耦合分析方法，对于仿生飞行器和仿生潜航器的设计也具有重要的应用价值。因为这些仿生设备的设计，往往需要模拟生物的结构和运动方式，如鸟的翅膀扇动，鱼的鳍摆动等，这些都需要考虑到刚体运动与弹性变形的耦合效应。
5、因此，如何发展一种基于柔性多体动力学的高精度流固耦合仿真方法，以满足变体飞行器和仿生设备设计的需求，已经成为当前科研的重要任务。
技术实现思路
1、针对上述需求，本专利技术提供了一种基于
2、本专利技术的一种基于柔性多体动力学的流固耦合仿真方法，对应的计算机指令存储在可读存储介质中，处理器执行所述计算机指令，启动主控模块，所述主控模块用于控制流固耦合仿真流程和流固耦合界面的数据交换及插值映射，包括如下步骤：
3、(一)构造固体求解服务器，对仿真对象进行结构初始化；固体求解服务器基于柔性多体动力学软件实现；
4、所述结构初始化包括：(1)根据仿真对象的几何外形，建立各个独立部件的有限元模型，在有限元模型中以多点约束条件设定各独立部件的连接点，使用有限元分析软件对各部件有限元模型进行模态计算，导出模态矩阵；(2)在柔性多体动力学软件中通过模态矩阵建立柔性体，利用脚本批量在插值点所在的有限元结点处创建标架和力元对象，导出计算模型，计算模型包含模型文件、指令文件和矩阵文件；(3)编写用户自定义子程序udf1，udf1中包含：监测工作目录文件中是否有标识文件1，若检测到则执行一步柔性多体动力学响应的仿真计算，在执行前读取选定力元对象的有限元结点的力矢量，在执行后写入选定标架的有限元结点的位移，最后删除标识文件；编译udf1为动态链接库，并连接到(2)导出的计算模型中，形成一个可供调用的伺服型固体求解服务器；
5、(二)构造流体求解服务器，对仿真对象进行气动初始化；流体求解服务器基于计算流体动力学软件实现；
6、所述气动初始化包括：(4)划分流体动力学计算网格，进行求解设置，导出计算模型，计算模型包含算例设置文件、网格文件、初始物面气动网格角点坐标和初始物面第一层网格中心点坐标；(5)编写用户自定义子程序udf2，udf2中包含：监测工作目录文件中是否有标识文件2，若检测到则执行一步流体力学响应的仿真计算，在执行前读入当前时刻物面气动网格角点位移，在执行后导出当前时刻物面气动网格中心点力矢量，最后删除标识文件2；编译udf2为动态链接库，并连接到(4)导出的计算模型中，形成一个可供调用的伺服型流体求解服务器；
7、(三)主控模块使用插值矩阵g对仿真对象的气动和结构之间的数据进行传递；
8、将有限元结点的位移x插值到物面气动网格角点位移h＝gx；
9、将气动网格中心点上的力矢量fh插值到等效的有限元结点上的力矢量fa＝gtfh；上角标t表示转置；
10、(四)主控模块在每个仿真时间步交替生成标识文件1和标识文件2放入工作目录文件中，固体求解服务器和流体求解服务器监测到相应的标识文件后将执行一步仿真计算，然后主控模块使用插值矩阵g进行气动和结构之间的数据传递，然后继续进入下一个仿真时间步；主控模块保存每个仿真时间步内固体求解服务器和流体求解服务器解算的数据以及流固耦合界面的结点位移矩阵和力矢量矩阵。
11、本专利技术的有益效果为：
12、(1)本专利技术实现了一种通用的流固耦合仿真方法，通过不改变求解器内核的用户自定义子程序控制仿真流程和文件读写，以非侵入式开发的方式实现了功能拓展和系统综合，各组件可独立升级或替换不同的求解器内核，便于维护；
13、(2)本专利技术建立了一套面向工程的柔性多体动力学流固耦合方法，大部分工程单位常用的仿真软件都无法直接更改源代码，但一般都会提供用户自定义子函数功能，因此本方案具备良好的可推广性；
14、(3)本专利技术的流固耦合仿真方法，能够对大位移与大变形耦合的复杂对象进行高精度的流固耦合分析，具备较大的应用价值，可以大幅提高工程单位的设计和分析水平。
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1.一种基于柔性多体动力学的流固耦合仿真方法，其特征在于，该方法在可读存储介质中存储为计算机指令，处理器执行所述计算机指令时，启动主控模块，所述主控模块用于控制流固耦合仿真流程和流固耦合界面的数据交换及插值映射，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，对柔性多体系统的部件i建立系统动量方程如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤四中，在每个仿真时间步，保存固体求解服务器解算的有限元结点的位移到工作目录文件中，保存流体求解服务器解算的物面气动网格中心点力矢量到工作目录文件中，主控模块将气动和结构之间的数据插值后保存在工作目录文件中。
【技术特征摘要】
1.一种基于柔性多体动力学的流固耦合仿真方法，其特征在于，该方法在可读存储介质中存储为计算机指令，处理器执行所述计算机指令时，启动主控模块，所述主控模块用于控制流固耦合仿真流程和流固耦合界面的数据交换及插值映射，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，对柔性多体...
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