一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，涉及計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)算流體力學(xué)（CFD)是通過(guò)數(shù)值方法求解流體力學(xué)控制方程，得到流場(chǎng)的離散的 定量描述，并以此預(yù)測(cè)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。在計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬中，需要將流場(chǎng)區(qū)域 離散，即生成網(wǎng)格。網(wǎng)格生成的速度和質(zhì)量決定了數(shù)值模擬的時(shí)間和精度，它對(duì)數(shù)值模擬的 重要性不言而喻。隨著計(jì)算流體力學(xué)的飛速發(fā)展，高質(zhì)量、快速的動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成技術(shù)成為了 開(kāi)展動(dòng)邊界非定常問(wèn)題數(shù)值模擬研宄的關(guān)鍵。
[0003] 迄今為止，國(guó)內(nèi)外的計(jì)算流體力學(xué)學(xué)者已經(jīng)發(fā)展出了多種動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成技術(shù)。傳 統(tǒng)的基于單套靜態(tài)網(wǎng)格的各種動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)其基本思想是保持網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變，令遠(yuǎn)場(chǎng) 邊界保持靜止，結(jié)構(gòu)邊界由物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律給定，內(nèi)場(chǎng)網(wǎng)格通過(guò)插值生成，但其只適用于小變 形情況，特大變形下不易保證變形后的網(wǎng)格質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)網(wǎng)格交錯(cuò)現(xiàn)象，導(dǎo)致非定常計(jì) 算失敗。為進(jìn)一步適應(yīng)工程實(shí)際的需要，動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成技術(shù)應(yīng)該向通用性好、變形能力強(qiáng)和 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格質(zhì)量高等方向不斷發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，基于多塊對(duì)接結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，提 供一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，用多套拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的靜態(tài)網(wǎng)格插值出隨時(shí)間變化的 全流場(chǎng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、基于多塊對(duì)接結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，選擇不同時(shí)刻下的變形位置，生成相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)相同的靜態(tài)網(wǎng)格；
[0008] 步驟二、根據(jù)步驟一中生成的靜態(tài)網(wǎng)格，預(yù)估計(jì)算出任意時(shí)刻下的計(jì)算網(wǎng)格；
[0009] 步驟三、對(duì)步驟二中生產(chǎn)的計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行校正；
[0010] 步驟四、將步驟三中得到的校正網(wǎng)格用于非定常計(jì)算，得到隨時(shí)間變化的全流場(chǎng) 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在所述步驟一中，設(shè)定選擇n個(gè)時(shí)刻下的變形位 置，將其中第t個(gè)時(shí)刻下網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)記為：
[0012] fx (t, b, i, j, k), fy (t, b, i, j, k), fz (t, b, i, j, k)；
[0013] 其中，1彡t彡n，b表示網(wǎng)格點(diǎn)所在的網(wǎng)格塊號(hào)，i，j，k表示網(wǎng)格點(diǎn)在網(wǎng)格塊三個(gè) 方向的序號(hào)；
[0014] 所述步驟二中，通過(guò)拉格朗日插值算法，預(yù)估計(jì)算任意時(shí)刻下的計(jì)算網(wǎng)格，預(yù)估計(jì) 算網(wǎng)格中的網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)表示如下：
[0015] fx(n+l，b，i，j，k) = ajxd，b，i，j，k)+a2fx(2, b，i，j，k)+…+atfx(t，b，i，j，k)+… +anfx(n, b, i, j, k)；
[0016] fy (n+1, b, i, j, k) = ajy (1，b, i, j, k)+a2fy (2, b, i, j, k)+…+atfy (t, b, i, j, k)+… +anfy(n, b, i, j, k)；
[0017] fz (n+1, b, i, j, k) = ajz (1，b, i, j, k)+a2fz (2, b, i, j, k)+…+atfz (t, b, i, j, k)+... +anfz (n, b, i, j, k)； n
[0018] 其中，a" a2，…at,…&"為拉格朗日插值基函數(shù)，且二1 產(chǎn)1 ;
[0019] 所述步驟三中，通過(guò)基于擾動(dòng)衰減規(guī)律的彈性變形技術(shù)對(duì)預(yù)估計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行校 正，校正后的網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)矣表示如下：
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、基于多塊對(duì)接結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，選擇不同時(shí)刻下的變形位置，生成相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相 同的靜態(tài)網(wǎng)格； 步驟二、根據(jù)步驟一中生成的靜態(tài)網(wǎng)格，預(yù)估計(jì)算出任意時(shí)刻下的計(jì)算網(wǎng)格； 步驟三、對(duì)步驟二中生產(chǎn)的計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行校正； 步驟四、將步驟三中得到的校正網(wǎng)格用于非定常計(jì)算，得到隨時(shí)間變化的全流場(chǎng)動(dòng)態(tài) 網(wǎng)格。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，其特征在于： 在所述步驟一中，設(shè)定選擇n個(gè)時(shí)刻下的變形位置，將其中第t個(gè)時(shí)刻下網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)記 為： fx(t,b,i,j,k),fy(t,b,i,j,k),fz(t,b,i,j,k)； 其中，1 <t<n，b表示網(wǎng)格點(diǎn)所在的網(wǎng)格塊號(hào)，i，j，k表示網(wǎng)格點(diǎn)在網(wǎng)格塊三個(gè)方向 的序號(hào)； 所述步驟二中，通過(guò)拉格朗日插值算法，預(yù)估計(jì)算任意時(shí)刻下的計(jì)算網(wǎng)格，預(yù)估計(jì)算網(wǎng) 格中的網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)表示如下： fx(n+l,b,i,j,k) =ajfx(1,b,i,j,k) +a2fx(2,b,i,j,k) +??? +atfx(t,b,i,j,k) +??? +anfx(n,b,i,j,k)； fy(n+1,b,i,j,k) =ajy(1，b,i,j,k) +a2fy(2,b,i,j,k) +... +atfy(t,b,i,j,k) +... +anfy(n,b,i,j,k)； fz(n+1,b,i,j,k) =ajfz(1,b,i,j,k) +a2fz(2,b,i,j,k) +??? +atfz(t,b,i,j,k) +??? +anfz(n,b,i,j,k)； 其中，a。a2，…at,…aj拉格朗日插值基函數(shù)，且
所述步驟三中，通過(guò)基于擾動(dòng)衰減規(guī)律的彈性變形技術(shù)對(duì)預(yù)估計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行校正，校 正后的網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)吳表示如下：
其中，叉表示預(yù)估網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)，盡表示靜態(tài)網(wǎng)格點(diǎn)隨物面邊界作剛性運(yùn)動(dòng)的瞬態(tài)坐標(biāo) 值，g表示網(wǎng)格點(diǎn)序號(hào)的函數(shù)；
其中，iw，九，1^表示物面網(wǎng)格點(diǎn)序號(hào)，if,jf,kf表示相應(yīng)的遠(yuǎn)邊界網(wǎng)格點(diǎn)序號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，其特征在于：步驟一中， 所述多塊對(duì)接結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，二維情況下網(wǎng)格為四邊形，三維情況下網(wǎng)格為六面體。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，其特征在于：步驟一中， 所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同包括物理域下的網(wǎng)格塊形式、網(wǎng)格塊數(shù)以及各網(wǎng)格塊各個(gè)方向上的網(wǎng)格 點(diǎn)數(shù)都相同。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，其特征在于：步驟二中， 當(dāng)預(yù)估的計(jì)算網(wǎng)格不滿足實(shí)際計(jì)算精度要求時(shí)，生成更多時(shí)刻下的靜態(tài)網(wǎng)格用來(lái)插值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種特大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成方法，包括基于多塊對(duì)接結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，選擇不同時(shí)刻下的變形位置，生成相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的靜態(tài)網(wǎng)格；根據(jù)步驟一中生成的靜態(tài)網(wǎng)格，預(yù)估計(jì)算出任意時(shí)刻下的計(jì)算網(wǎng)格；對(duì)步驟二中生產(chǎn)的計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行校正；將步驟三中得到的校正網(wǎng)格用于非定常計(jì)算，得到隨時(shí)間變化的全流場(chǎng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格。發(fā)明克服了傳統(tǒng)的基于單套靜態(tài)網(wǎng)格的各種動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成技術(shù)在特大變形情況下動(dòng)態(tài)網(wǎng)格質(zhì)量很差甚至出現(xiàn)交錯(cuò)的缺點(diǎn)，提高了大變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格質(zhì)量，技術(shù)魯棒性好、變形能力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。
【IPC分類(lèi)】G06F17-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104572575
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510041391
【發(fā)明人】郭同慶, 陳皓, 陸志良
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月27日