一種處理可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的界面解耦技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種處理可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的界面解耦技術(shù)，其主要的
【發(fā)明內(nèi)容】
為求解一維可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體的多介質(zhì)黎曼問題的精確解算法,使用該算法與修正的虛擬介質(zhì)方法相結(jié)合，即可達(dá)到在流固耦合界面解耦的目的。
【專利說明】一種處理可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的界面解耦技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種處理流固耦合的界面解耦方法，具體涉及可壓流體與壓縮狀態(tài)下的彈塑性固體耦合的界面解耦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]流固耦合是研究流體與固體相互作用的一個(gè)研究方向，它是流體力學(xué)與固體力學(xué)相交叉而產(chǎn)生的一個(gè)學(xué)科分支。同時(shí)，它也是科研工作人員長(zhǎng)期以來十分感興趣的一個(gè)研究領(lǐng)域，因?yàn)樗撕芏喙こ讨械膶?shí)際問題，如由于空氣與機(jī)翼作用而引起的機(jī)翼顫振、由于流體中的爆炸或沖擊而引起的結(jié)構(gòu)體的響應(yīng)、由于海水與漂浮結(jié)構(gòu)體作用而引起的該漂浮結(jié)構(gòu)體的振蕩等等。
[0003]雖然對(duì)于流固耦合問題的研究已進(jìn)行數(shù)十年，但該問題的研究仍然存在很多困難和挑戰(zhàn)，如處理流體域與固體域的耦合機(jī)理、固體在強(qiáng)沖擊情況下的數(shù)值不穩(wěn)定、準(zhǔn)確地解決流固界面處的非線性相互作用。
[0004]因此，對(duì)于流固耦合問題的研究是十分迫切的，也是十分有意義的。本發(fā)明針對(duì)帶有Mises屈服條件的理想彈塑性固體進(jìn)行研究，提出了該固體與可壓流體耦合的界面解耦方法。
[0005]目前針對(duì)壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體中波的傳播的數(shù)值計(jì)算主要其中在單介質(zhì)中的激波傳播問題、激波管問題等等。由于在處理流固耦合問題時(shí)會(huì)產(chǎn)生上述的諸多困難，因此還未存在可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的多介質(zhì)黎曼問題的精確解。即便存在該問題的相應(yīng)數(shù)值解算法，一般也會(huì)產(chǎn)生數(shù)值耗散或數(shù)值振蕩等不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。在流體強(qiáng)沖擊的情況下，一般的數(shù)值解法甚至?xí)?，產(chǎn)生數(shù)值錯(cuò)誤。
[0006]具體地講，1964年M.L.Wilkins首先提出了采用有限差分方法求解針對(duì)理想彈塑性固體的沖擊響應(yīng)問題，開創(chuàng)了用數(shù)值方法求解波在理想彈塑性固體中傳播的先河。隨后，1993年M.B.Tyndall提出了采用通量修正方法求解理想彈塑性固體中的激波傳播問題與激波管問題，使該問題的數(shù)值求解方法達(dá)到高階精度。在2000年，B.P.Howell用FreeLagrange的方法使得求解該問題的數(shù)值方法可以從固體小變形推廣到大變形?？梢钥闯?，雖然數(shù)值求解該問題的方法一直在發(fā)展，但由于流固耦合的困難，該方向的研究仍主要停留在單介質(zhì)階段。
[0007]另一方面，T.G.Liu, B.C.Khoo, K.S.Yeo在2003年提出的修正的虛擬介質(zhì)方法(MGFM)在求解多介質(zhì)耦合問題中得到了很好的應(yīng)用。2003年該方法已經(jīng)可以在流體之間的耦合(氣體一氣體、液體一液體、氣體一液體)中得以應(yīng)用，甚至在強(qiáng)沖擊的情況下，該方法也是準(zhǔn)確的。2008年該方法已經(jīng)推廣到了流體與固體的耦合，但這里的固體針對(duì)的是Hydro-Elasto-Plastic以及Naviers狀態(tài)方程,這兩種狀態(tài)方程分別只在強(qiáng)沖擊及小變形形變情況下適用，而上述的理想彈塑性狀態(tài)方程在一般強(qiáng)度下都適用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的界面解耦技術(shù)，是通過本發(fā)明提出的一維可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的多介質(zhì)黎曼問題精確解的算法，結(jié)合修正的虛擬介質(zhì)方法實(shí)現(xiàn)的。因此，本發(fā)明的主要
【發(fā)明內(nèi)容】
為一維可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的多介質(zhì)黎曼問題精確解的算法。
[0009]對(duì)于一維情況，假設(shè)左側(cè)為可壓流體(氣體或液體)，右側(cè)為壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體，該多介質(zhì)黎曼問題用數(shù)學(xué)語言描述為
【權(quán)利要求】
1.一種處理可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體耦合的界面解耦技術(shù)，其特征在于，該技術(shù)通過本發(fā)明中提出的一維可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體的多介質(zhì)黎曼問題的精確解算法，與修正虛擬介質(zhì)方法結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)流固耦合界面處的解耦。
2.如權(quán)利要求1所述的可壓流體，其特征在于，可壓流體包括滿足Ga_a狀態(tài)方程的氣體和滿足Tait方程的液體。
3.如權(quán)利要求1所述的壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體，其特征在于，當(dāng)其處于彈性狀態(tài)，滿足Hooke定律
4.如權(quán)利要求1所述的一維可壓流體與壓縮狀態(tài)下的理想彈塑性固體的多介質(zhì)黎曼問題的精確解，其特征在于，該多介質(zhì)黎曼問題的中間狀態(tài)*L，*R，主要通過下面方程求解
f W，σ *E, WL, We) = fL (p*L, WL) +fE(o *K, ffE) +Ue-Ul = 0 其中，L，R分別表示左右介質(zhì)初始狀態(tài)，fL(p*L, ffL)可能存在四種情況:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103971007SQ201410208857
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】高斯, 劉鐵鋼 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)