計(jì)算流固耦合力學(xué)

目錄
叢書(shū)序
前言
第1章緒論001
1.1流固耦合力學(xué)基本概念001
1.2典型流固耦合力學(xué)問(wèn)題003
1.2.1航空航天中的氣動(dòng)彈性力學(xué)問(wèn)題003
1.2.2其他工程中的流固耦合問(wèn)題007
1.3計(jì)算流固耦合力學(xué)方法009
1.3.1流固耦合力學(xué)建模方法009
1.3.2計(jì)算流固耦合力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)012
【小結(jié)】015
參考文獻(xiàn)016
第2章計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)方法基礎(chǔ)018
2.1結(jié)構(gòu)靜力分析的矩陣法019
2.1.1矩陣法分析結(jié)構(gòu)靜力問(wèn)題的基本步驟019
2.1.2矩陣位移法020
2.1.3直接剛度法021
2.1.4子結(jié)構(gòu)法022
2.1.5矩陣力法023
2.1.6機(jī)翼靜力分析案例023
2.2結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的有限單元法025
2.2.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程025
2.2.2自由振動(dòng)的固有特性026
2.2.3受迫振動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng)029
2.2.4無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)分析案例031
2.3熱結(jié)構(gòu)分析方法032
2.3.1穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析032
2.3.2熱彈性力學(xué)分析034
2.3.3熱彈塑性力學(xué)分析和殘余應(yīng)力036
2.3.4熱結(jié)構(gòu)分析案例037
【小結(jié)】039
【數(shù)字資源】039
參考文獻(xiàn)039
第3章經(jīng)典氣動(dòng)彈性計(jì)算方法041
3.1準(zhǔn)定常氣動(dòng)理論041
3.2西奧道生理論045
3.3求解顫振方程的pk法049
3.4非定常渦方法051
3.5面元法簡(jiǎn)介055
3.5.1偶極子格網(wǎng)法簡(jiǎn)述056
3.5.2渦格法簡(jiǎn)介057
3.5.3三維面元法簡(jiǎn)介059
3.6典型案例063
3.6.1基于定常渦格法的靜氣彈分析063
3.6.2基于偶極子格網(wǎng)法的顫振分析065
3.6.3氣動(dòng)彈性響應(yīng)分析065
3.6.4翼體干涉對(duì)全機(jī)顫振特性的影響067
【小結(jié)】069
【數(shù)字資源】069
參考文獻(xiàn)069
第4章計(jì)算流體力學(xué)方法基礎(chǔ)070
4.1流動(dòng)控制方程070
4.2有限體積法基礎(chǔ)072
4.2.1有限體積法原理072
4.2.2數(shù)值離散方法074
4.2.3對(duì)流擴(kuò)散問(wèn)題求解077
4.3非定?？蓧嚎s流動(dòng)有限體積法080
4.3.1空間離散方法080
4.3.2時(shí)間離散格式084
4.3.3邊界條件處理086
4.3.4幾何守恒定律087
4.4湍流模型簡(jiǎn)介088
4.4.1封閉性問(wèn)題088
4.4.2一方程模型089
4.4.3兩方程模型090
4.5典型模型數(shù)值模擬驗(yàn)證094
4.5.1NACA0012翼型定常擾流094
4.5.2RAE2822超臨界翼型095
4.5.3ONERA M6機(jī)翼跨聲速流動(dòng)096
4.5.4NACA0012翼型周期性振蕩098
【小結(jié)】099
【數(shù)字資源】100
參考文獻(xiàn)100
第5章任意拉格朗日歐拉流固耦合計(jì)算方法101
5.1任意拉格朗日歐拉流固耦合力學(xué)方程101
5.1.1ALE坐標(biāo)體系流動(dòng)控制方程101
5.1.2運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的湍流模型109
5.1.3固體運(yùn)動(dòng)控制方程111
5.2CFD／CSD耦合求解策略與流程113
5.2.1流固耦合計(jì)算的耦合策略113
5.2.2流固耦合計(jì)算格式精度分析118
5.3流體／結(jié)構(gòu)耦合界面數(shù)據(jù)映射技術(shù)120
5.3.1無(wú)限平板樣條插值方法121
5.3.2常體積轉(zhuǎn)換法123
5.3.3徑向基函數(shù)插值方法128
5.4機(jī)翼氣動(dòng)彈性CFD／CSD耦合計(jì)算實(shí)例131
5.4.1大展弦比機(jī)翼靜氣動(dòng)彈性問(wèn)題131
5.4.2機(jī)翼顫振CFD／CSD耦合計(jì)算134
【小結(jié)】140
【數(shù)字資源】141
參考文獻(xiàn)141
第6章動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)142
6.1常用動(dòng)網(wǎng)格生成方法142
6.1.1動(dòng)網(wǎng)格問(wèn)題的實(shí)質(zhì)和內(nèi)涵142
6.1.2虛擬結(jié)構(gòu)法144
6.1.3微分方程法145
6.1.4四元數(shù)法146
6.1.5背景網(wǎng)格插值法147
6.1.6超限插值法148
6.2徑向基函數(shù)類(lèi)動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)149
6.2.1徑向基函數(shù)149
6.2.2采用RBF方法計(jì)算網(wǎng)格變形151
6.2.3RBF動(dòng)網(wǎng)格加速方法153
6.3動(dòng)網(wǎng)格生成實(shí)例156
6.3.1二維動(dòng)網(wǎng)格生成156
6.3.2三維動(dòng)網(wǎng)格生成158
【小結(jié)】160
【數(shù)字資源】161
參考文獻(xiàn)161
第7章流固耦合系統(tǒng)降階模型技術(shù)162
7.1基于Volterra級(jí)數(shù)的流固合降階模型162
7.1.1Volterra級(jí)數(shù)理論與構(gòu)造方法163
7.1.2氣動(dòng)彈性降階模型構(gòu)造165
7.1.3Volterra降階模型案例分析167
7.2基于本征正交分解的流固耦合降階模型170
7.2.1本征正交分解算法170
7.2.2氣動(dòng)彈性POD降階模型構(gòu)造方法171
7.2.3降階模型精度的影響因素175
7.3類(lèi)平衡截?cái)鄽鈩?dòng)彈性降階模型179
7.3.1平衡截?cái)喾?79
7.3.2Gramian矩陣近似求解算法180
7.3.3基于SBT技術(shù)的混合型氣動(dòng)彈性降階模型182
7.4非線性流固耦合降階模型構(gòu)造技術(shù)184
7.4.1高階非線性Volterra級(jí)數(shù)降階模型184
7.4.2高階諧波平衡非線性降階模型190
7.4.3基于泰勒展開(kāi)的非線性特征分解降階模型191
7.5數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非線性氣動(dòng)力降階模型195
7.5.1非線性氣動(dòng)力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型195
7.5.2非線性氣動(dòng)力支持向量機(jī)降階模型200
7.6降階模型的典型應(yīng)用203
7.6.1氣動(dòng)伺服彈性建模與主動(dòng)控制203
7.6.2陣風(fēng)響應(yīng)預(yù)測(cè)208
7.6.3基于降階模型的流場(chǎng)重構(gòu)211
【小結(jié)】215
參考文獻(xiàn)215
第8章不可壓流動(dòng)柔性結(jié)構(gòu)耦合數(shù)值模擬方法217
8.1不可壓縮流體柔性結(jié)構(gòu)流固耦合數(shù)值方法概述217
8.2格子Boltzmann方法221
8.2.1格子Boltzmann方程221
8.2.2格子Boltzmann模型222
8.3浸入邊界法224
8.3.1基于速度修正的格子Boltzmann浸入邊界法224
8.3.2圓柱擾流算例226
8.4分塊網(wǎng)格技術(shù)及其應(yīng)用228
8.4.1分塊格子Boltzmann法228
8.4.2多區(qū)分塊網(wǎng)格算法驗(yàn)證231
8.5結(jié)構(gòu)幾何非線性有限元法233
8.6柔性結(jié)構(gòu)流固耦合數(shù)值模擬算例驗(yàn)證236
8.6.1二維圓柱柔性梁模型流固耦合問(wèn)題236
8.6.2三維柔性板仿生流固耦合問(wèn)題239
【小結(jié)】242
【數(shù)字資源】242
參考文獻(xiàn)242
第9章可壓縮流動(dòng)柔性結(jié)構(gòu)流固耦合模擬方法246
9.1可壓縮流動(dòng)柔性結(jié)構(gòu)流固耦合問(wèn)題概述246
9.2可壓縮流動(dòng)銳利邊界浸沒(méi)邊界法247
9.2.1浸沒(méi)邊界法的基本思想247
9.2.2銳利邊界浸沒(méi)邊界法的基本思想249
9.2.3點(diǎn)插值方法250
9.2.4加權(quán)*小二乘法253
9.3可壓縮流動(dòng)罰浸沒(méi)邊界法255
9.4基于有限體積方法的浸沒(méi)邊界法257
9.5典型應(yīng)用案例259
9.5.1激波管中柔性板振動(dòng)259
9.5.2火星降落傘流固耦合問(wèn)題261
【小結(jié)】265
【數(shù)字資源】265
參考文獻(xiàn)265
第10章飛行器流固耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法268
10.1氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)概述268
10.1.1傳統(tǒng)飛行器設(shè)計(jì)流程268
10.1.2氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)耦合多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)270
10.2基于代理模型的氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)271
10.2.1代理模型簡(jiǎn)介271
10.2.2基于代理模型的機(jī)翼多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)272
10.2.3基于巡航外形的結(jié)構(gòu)模型反迭代設(shè)計(jì)方法277
10.3基于梯度的氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法282
10.3.1基于離散共軛的氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法282
10.3.2基于梯度算法的氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)串行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法287
10.4氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)耦合離散伴隨優(yōu)化設(shè)計(jì)方法292
10.4.1氣動(dòng)／結(jié)構(gòu)耦合離散伴隨方法292
10.4.2HALE無(wú)人機(jī)多學(xué)科耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)297
【小結(jié)】304
【數(shù)字資源】305
參考文獻(xiàn)305
第11章流固耦合分析應(yīng)用實(shí)例306
11.1大展弦比翼身組合體靜氣動(dòng)彈性分析306
11.23D打印柔性機(jī)翼非線性靜氣動(dòng)彈性評(píng)估312
11.3雙體飛機(jī)顫振特性分析314
11.3.1基準(zhǔn)雙體飛機(jī)顫振模型314
11.3.2雙體飛機(jī)顫振影響規(guī)律探索318
11.3.3雙機(jī)身布局對(duì)顫振的影響規(guī)律320
11.4熱防護(hù)結(jié)構(gòu)防熱性能耦合評(píng)估323
11.4.1熱流固耦合數(shù)值模擬方法323
11.4.2類(lèi)X34模型耦合傳熱計(jì)算325
11.5飛翼布局柔性無(wú)人機(jī)陣風(fēng)響應(yīng)分析329
11.5.1離散風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)模型及引入330
11.5.2陣風(fēng)影響分析332
11.6導(dǎo)彈氣動(dòng)伺服彈性分析與綜合338
11.6.1彈性飛行器氣動(dòng)伺服彈性模型338
11.6.2導(dǎo)彈氣動(dòng)伺服彈性穩(wěn)定性分析340
【小結(jié)】345
參考文獻(xiàn)345