飞机机翼的流-固-热多物理场耦合计算.pdf

摘要单一物理场的研究与模拟分析己不能满足工程技术日趋复杂化、集成化的需要。传统计算方法常把飞机当做刚体来考虑,然而流场与结构场的相互作用对飞机力学、热学等性能有着直接影响。气动力、惯性力、弹性力和热应力之间相互作用导致了飞机的气动热弹性问题。,因此对飞机机翼在多物理场下的材料服役行为预测显得十分重要。近年来,人们常采用计算流体动力学捶治龇苫掌ρ匦裕捎眉算结构动力学捶治龇苫峁沟牧ρ匦杂胝穸匦浴M笔褂肗方程的扑慵际跤隒计算技术进行耦合计算,可以对飞机的气动热弹性响应进行初步的预测。。主要工作有以下三个方面:⑹迪至嘶贛的隒软件协同计算迭代耦合求解,高效、。详细阐述了基于辔理场耦合计算的实现过程,利用砑砹鞒∮虢峁钩⊥裥畔⒌慕换晃侍狻同时利用砑攵嘀稚桃捣治鋈砑募嫒菪裕梢粤榛睢⒎奖愕卮罱ㄊ视Σ煌维度、不同物理问题的多物理场耦合平台。⒔⒘薔硇头苫淼亩峁钩⒘鞒〉,对比未耦合计算结果以及不同飞行速度下的计算结果,验证了基于辔锢沓●詈霞扑愫侠硇杂胧樟残浴⒍员攘瞬煌窭嘈陀氤叽缍择詈辖峁挠跋欤致哿笋詈厦娣瞧ヅ渫裨谘用的不同插值算法时计算结果的差别。优化动网格设置,实现结构场较大位移形变下的流场动网格重新生成,解决了流场网格因位移过大导致的计算中止问题。关键词:多物理场;计算结构动力学;计算流体动力学;机翼硕士学位论文
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第滦论课题的研究背景与意义随着科学技术的不断发展,人们将各类自然界现象与工程问题同数学理论相结合总结出许多数学物理方程,应用于各门自然科学与工程技术当中。人们开始习惯于将各种自然界现象与工程问题划分为清晰的学科领域进行研究。然而受人们自身条件的制约与数学方法的限制,人们仍然无法求解很多问题。,电磁学中的麦克斯韦方程组,人们在应用这类方程组解决问题时,通常需要进行化简才能求解,而很多的问题又是各种物理过程相互影响的,不能化简】。另外当求解规模很大时,往往海量的计算又是人力所不能及的。因而在数学方法不够发达的时代,没有办法综合考虑这些复杂过程。现代有限元法、有限体积法、有限差分法等方法的提出与计算机的发展使得这一状况发生了革命性的改变诶肷⒒Х椒ǖ那蠼獬序如雨后春笋般的涌现,如今在计算机上利用基于离散化数学方法的分析软件已可以对含有复杂的偏微分方程组的问题进行求解。这极大地丰富与拓展了人类研究解决复杂问题的能力,并使得数值模拟在各个学科工程领域的分析应用上呈现其越来越大的优点和强劲发展的趋势。数学手段的极大扩展与计算能力的显著提升,使得人们开始对某些问题不局限于单一学科内的研究,多场耦合分析就是一个具有普遍性的例子。随着工程技术的综合、集成化的发展,单一物理场的研究与分析己不能满足技术上的要求,例如散热器、电热器、换热器、电子设备、制冷系统等中存在的结构一热两相耦合场;电动机、电磁炉等中存在的热一结构及热一电多相耦合场;;电解铝在感应加热中时由于电磁搅拌产生的流体一电一磁三相耦合物理场等O喙胤矫娴难芯糠治鐾G笸对同一区域进行不同的过程模拟得到两个、甚至多个物理场的相互作用的耦合模拟研究,因此,多物理场耦合计算已成为相关学科中的研究热点。飞机的气动热分析是人们早期遇到的多物理场耦合问题之一,也是该类问题的典型代表。,空气相对机翼流动为飞机提供升力,而机翼受力形变反过来会影响流场分布,空气摩擦改变飞机表面温度,而温度反过来会影响结构与流体的物理属性。早期传统理论计算公式无法反映三个物理场之间的相互作用,即使得到描述该场问题的偏微分方程组不进行简化处理也很难人工求解。而目前使用计算结构力硕十学位论文
〉慕平猓计算流体动力学软件韵录虺艭软件梢约虮愀咝Щ竦梅尚兄芪Я魈澹热两场的近似解;但是不同分析软件所处理问题不尽相同,例如砑视于处理流场流动问题,视糜诖斫峁怪辛Α⑷取⒒怠⒌绱诺任侍狻J软件功能的制约,,目前还没有一款商用化分析软件或便捷的求解方法可以完善的独立解决,因此这不仅受到了诸多学科专家学者的关注,而且也是目前许多分析软件厂商所关注的工程领域热点问题,对该问题进行探讨具有一定的理论意义。多物理场耦合问题日益受到重视,也推动了计