【摘 要】
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流固耦合分析越来越广泛地应用于航空航天、土木、海洋、化工等领域,对于各类工程结构的安全评定发挥着重要作用。流固耦合计算十分复杂,流体和固体模型的求解在算法结构、计算网格、边界条件等方面存在显著差异。为了简化计算和降低工程问题分析的复杂性,流体与固体的计算往往被分隔开来,各自独立求解,但需要在它们之间进行运动、动力数据的有效传递。在流固耦合界面上,固体和流体模型的计算网格并不匹配,节点分布迥异,但流
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流固耦合分析越来越广泛地应用于航空航天、土木、海洋、化工等领域,对于各类工程结构的安全评定发挥着重要作用。流固耦合计算十分复杂,流体和固体模型的求解在算法结构、计算网格、边界条件等方面存在显著差异。为了简化计算和降低工程问题分析的复杂性,流体与固体的计算往往被分隔开来,各自独立求解,但需要在它们之间进行运动、动力数据的有效传递。在流固耦合界面上,固体和流体模型的计算网格并不匹配,节点分布迥异,但流体需要将动力信息准确传递给固体节点,固体则需要将运动信息准确传递给流体节点。据此,复杂的流固耦合分析被划分成流体计算、固体计算以及流固耦合界面数据传递三个模块。本文以航空结构的气动弹性问题为研究背景,针对流固耦合界面的数据传递,开展相关算法研究,主要工作如下:(1)在深入了解常体积转换方法的基础之上对其进行了计算程序实现,并成功分析了HIRENASD机翼模型等三个数值算例,验证了常体积转换法进行界面数据传递的可行性。(2)深入研究了径向基函数方法,对紧支径向基函数方法进行了计算程序实现,并对机翼弯曲等算例进行了计算分析,不仅验证了紧支径向基函数方法对于界面数据插值传递的有效性,还详细分析了紧支半径对于计算效率的影响。(3)研究了紧支径向基函数法的并行计算方法,并基于PETSc库开发了并行计算程序,实现了机翼弯曲等算例的并行计算,测试和分析了不同计算核数下的加速比和并行效率,考察了不同预条件子对计算总时间和总迭代步数的影响,验证了所开发计算程序的加速效果。本文工作表明,常体积转换法和径向基函数法均能实现界面数据的准确传递。关于径向基函数方法还得到如下两点结论:(1)紧支半径越大,该方法的数据传递精度越高,但计算量越大;(2)并行计算能显著提高该方法的计算效率,而且采用预条件子能加快该方法的收敛速度。
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