《流固耦合数据的界面非线性降维传递李立州科学科学与自然书籍》[89M]百度网盘|pdf下载|亲测有效

商品基本信息，请以下列介绍为准
商品名称：	流固耦合数据的界面非线性降维传递
作者：	李立州著
定价：	88.0
出版社：	科学出版社
出版日期：	17-03-01
ISBN：	9787030588142
印次：
版次：	1
装帧：	平装-胶订
开本：	小16开

内容简介

流固网格间耦合数据传递是流固耦合数值分析法实现的关键。现有的流固耦合数据传递方法受耦合面空间非线性（曲率）、网格不匹配、网格密度的影响。本书从耦合面空间非线性的新角度讨论了流固耦合数据传递方法，并通过算例对空间非线性对耦合数据传递精度的影响方式和影响加以研究，在此基础上讨论了将耦合面非线性降维理论和方法引入到耦合数据传递过程中，建立了将空间耦合面降维到投影到平面空间的插值方法，消除耦合面空间非线性和网格不匹配对流固耦合数据传递鲁棒性和精度的影响，并用一系列的算例证明了该方法。本书的目的流固耦合分析研究中网格间耦合数据传递提供新思路和方法，可以为流固耦合数值模拟研究理论和学参考，为流固耦合分析工程应用提供指导。

目录
前言
第1章绪论 1
1.1流固耦合现象 1
1.2流固耦合力学 3
1.3流固耦合力学的求解方法 4
1.3.1流固耦合力学的基本方程 4
1.3.2流固耦合数值求解方法 6
1.4流固耦合数据插值传递方法 8
1.4.1一致插值法 9
1.4.2投影插值法 11
1.5空间非线性和流固耦合数据插值传递 14
1.6小结 17
参考文献 17
第2章耦合面空间非线性对流固耦合数据传递精度的影响 23
2.1流固耦合数据插值方法 23
2.1.1邻近插值法 23
2.1.2多项式插值法 24
2.1.3反距离加权法 26
2.1.4多重二次曲面法 27
2.1.5无限平板样条插值法 28
2.1.6薄板样条插值法 28
2.1.7径向基插值法 29
2.1.8克里金插值法 30
2.1.9等参元逆变换插值法 31
2.1.10非均匀B样条插值法 32
2.1.11投影插值法 33
2.1.12常体积转换法 34
2.1.13会共细分网格法 35
2.2耦合面空间非线性对耦合数据传递的影响 35
2.3流固耦合面降维投影的插值方法 37
流固耦合数据的界面非线性降维传递
2.4耦合面空间非线性对耦合数据传递精度影响的验证 39
2.4.1粗网格下各插值方法的比较 40
2.4.2细网格下各插值方法的比较 45
2.5小结 48
参考文献 49
第3章压力梯度和网格密度对流固耦合数据传递精度的影响 52
3.1研究模型 52
3.2压力梯度对流固耦合数据传递精度的影响 54
3.2.1压力梯度对耦合数据传递影响的研究模型 54
3.2.2压力梯度对现有三维空间插值法精度的影响 57
3.2.3压力梯度对耦合面降维投影插值法精度的影响 61
3.3 网格密度对流固耦合数据传递精度的影响 66
3.3.1不同网格密度的流体网格 66
3.3.2不同网格密度的固体网格 72
3.3.3不同密度流场和固体网格的配对模型 73
3.3.4网格密度对现有三维空间插值法精度的影响 74
3.3.5 网格密度对耦合面降维投影插值法精度的影响 90
3.4小结 105
参考文献 105
第4章参数空间投影插值传递方法 106
4.1耦合面向二维参数空间投影的方法～106
4.1.1投影网格向二维参数空间的映射关系 107
4.1.2耦合面任意节点向二维参数空间的投影 107
4.1.3学科节点和投影网格单元位置关系的判别 109
4.2流固耦合数据参数空间插值传递方法 113
4.3算例分析 115
4.4小结 1
参考文献 1
第5章基于局部坐标投影的耦合面参数空间插值法 121
5.1 基于局部坐标的空间耦合面平面投影方法 121
5.2基于局部坐标投影的耦合数据平面参数空间插值 123
5.3基于局部坐标降维投影的叶片流固耦合数据插值 124
5.3.1 基于局部坐标的叶片耦合面降维投影方法 124
5.3.2基于局部坐标降维投影的叶片流固耦合数据插值方法 125
5.3.3涡轮叶片耦合数据插值的算例 127
5.3.4误差分析 129
5.4基于局部坐标降维投影的弹体参数空间插值方法 131
5.4.1 基于局部坐标的弹体耦合面降维投影方法 131
5.4.2基于局部坐标降维投影的弹体参数空间插值方法的步骤 132
5.4.3基于局部坐标投影的弹体压力参数空间插值 134
5.5小结 137
参考文献 137
第6章基于等距映射的耦合面非线性降维插值方法 138
6.1非线性降维理论 138
6.2等距映射法的基本原理 140
6.3基于等距映射的耦合面非线性降维插值 141
6.3.1 基于等距映射的耦合面非线性降维插值方法的步骤 141
6.3.2基于等距映射的耦合面非线性降维插值方法的算例 142
6.3.3与现有插值方法的比较 149
6.4小结 153
参考文献 153
第7章耦合面非线性降维方法比较 154
7.1高维数据降维理论 154
7.2线性降维方法 155
7.2.1主成分分析法 155
7.2.2线性局部切空间排列法 156
7.2.3局部保留投影法 157
7.2.4邻域保持嵌入法 158
7.2.5乡维尺度分析法 159
7.3非线性降维方法 159
7.3.1随机距离嵌入法 159
7.3.2核主成分分析法 160
7.3.3扩散映射法 161
7.3.4拉普拉斯特征映射法 162
7.3.5等距映射法 162
7.3.6基于界标点的等距映射法 163
7.3.7局部线性嵌入法 163
7.3.8 Hessian局部线性嵌入法 165
7.3.9局部切空间排列法 165
7.4降维方法用于耦合面的平面展开 166
流固耦合数据的界面非线性降维传递
7.5小结 170
参考文献 170
第8章基于耦合面非线性降维的数据插值方法 173
8.1基于耦合面非线性降维的数据插值方法的步骤 173
8.2涡轮叶片耦合面插值传递 174
8.2.1涡轮叶片耦合面的降维插值 174
8.2.2涡轮叶片耦合面降维方法的效率 188
8.2.3涡轮叶片耦合面的压力插值传递 189
8.2.4涡轮叶片压力插值误差 196
8.3小结 0
参考文献 1
后记 3

摘要

    章绪论

     ??1.1流固耦合现象

     ??流固耦合(fluid-solidinteraction，FSI)是流体与固体之间相互作用的现象。在流体和固体共同构成的耦合系统中，流体与固体之间相互作用。固体在流体作用下产生变形，而固体的变形反过来又影响流体域的形状和流体的运动特征。正是流体和固体的这种非线性相互作用产生了形形色色的流固耦合现象，如图1.1所示。

     ??根据耦合方式，流固耦合问题可分为两大类口‘2J。靠前类流固耦合问题是指流体和固体部分或者全部相互重叠在一起的现象，例如，土壤渗流（孑L隙流动）问题，水在土壤的孑L隙中流动，导致土壤剪切强度下降，水和土壤一起移动，山体或堆土坝因此坍塌，危害十分严重。第二类流固耦合问题是流体和固体相互作用只发生在两者的公共耦合界面上的现象，如压气机叶片的抖振和颤振、汽轮机叶片的受迫振动、风力发电机和水轮机的各种流体弹性振动[4]、输液管道的振动、机翼的气动弹性抖振和颤振口j、桥梁受海浪冲击后的变形、水利设施和海洋T程结构的水弹性振动、含液容器的晃动、水下爆炸冲击、高层大跨建筑物和构筑物的风致振动等问题[2J。第二类流固耦合问题也是T程实践中经常遇到的问题，其危害在于：在流固耦合振动过程中国体会不断地从流体中吸收能量，当固体吸收的能量大于其能够耗散的能量时，流固耦合系统就会变得木稳定，系统是发散的，会产生大幅剧烈振荡，而这种大幅剧烈振荡会使固体结构在短时间内裂断，后果极为严重；当固体吸收的能量小于其能够耗散的能量时，小幅持续振荡会引起结构的疲劳，引发突然的脆性破坏；当流体的振荡频率与固体结构的固有频率相同时，流体和固体也会发生共振，产生灾难性后果，例如，F/A-18S双垂尾的抖振就严重影响了垂尾的使用寿命。

     ?之，在不同T程领域，如土木、、船舶、动力、海洋、石化、机械、核动力、地震地质和生物T程等，流固耦合都可能会引发问题，直接影响T程的性、经济性、可靠性和耐久性，有时甚至会引起灾难性后果来，流固耦合问题的研究得到了广泛的关注。流固耦合问题涉及流体力学、固体力学、动力学、传热学和计算力学等多个学科，具有学科交叉的性质，研究难度大，而随着T程技术的不断发展，新的问题还在不断地涌现，因此，深入开展流固耦合研究有着重要的意义。

     ??1.2流固耦合力学

     ??流固耦合力学是研究流固耦合现象的一门科学，是流体力学与固体力学交叉而生成的力学分支，它关注固体和液体两相介质之间的交互作用以及这种交互作用对流体和固体产生的影响[1-5]。图1.2给出了流固耦合问题中各种力之间的相互影响关系。其中，两个大网分别画出了流体和固体两相，在这两个大圆周相交的地方表示固体和流体两相的耦合。通过固体和流体的耦合，流体力影响固体运动，而固体的运动又反过来影响流体的流动特征。

     ??流固耦合力学的主要特征是流体力和固体耦合界面的运动事先未知，只有整个流固耦合系统求解后，才能给m它们的解。若没有这一特征，流固耦合问题将失去耦合的性质。例如，若流固耦合界面的流体力或固体结构的运动规律已知，则耦合将会消失，原来的流固耦合系统将被解耦为单一固体在给定表面力下的动力问题及单品质体在给定边界条件下的流体力学边值或初值问题口。

     ??在很一般的情况下，流体与固体通过耦合界面相互作用，同时受各白的弹性力和惯性力影响，但问题过于复杂，求觯异常困难。在实际T程问题中，常根据研究目的的不同将流固耦合的着眼点放在流体或固体上，有针对性地将问题做相应的简化，从而形成各种相对简单、便于求解且能反映问题的流固耦合问题（图1.2）。例如，在流固耦合数据的界面非线性降维传递研究水和结构长期相互作用时可以不考虑水的压缩性，就形成了不可压流体和固体相互作用的流固耦合问题；类似地，若忽略结构的弹性变形就形成了刚体和流体相互作用的流固耦合问题，例如，在航空中成为一门独立学科的飞行力学，航空器就简化成了一个六白由度的刚体；当然求某些问题时也可以忽略流体或固体的惯性效应，如在静气动弹性力学中的机翼的扭转扩大、副翼反效等问题就是忽略结构惯性力的流固耦合问题。至于忽略流体惯性的流固耦合问题，其本质是将流体视为一个可压缩弹簧—空气弹簧。

     ??1.3流固耦合力学的求解方法

     ??1.3.1流固耦合力学的基本方程

     ??本书主要讨论界面耦合的流固耦合问题。这类问题可以用三组方程来描述，

     ??分别是流体力学方程、弹性力学基本方程和耦合方程。

     ??1．流体力学方程

     ??流体力学方程一括动量守恒方程、能量守恒方程、质量守恒方程和气体状态方程。

     ??(1)动量守恒方程：

     ??式中的散度；u、v、w为流速u在z、y和2坐标方向上的分量；在某一点的梯度；i、J、k为单位方向向量；p为流体密度；p为气体压力。

     ??(2)能量守恒方程：

     ??(1 2)式中，T为气体热力学温度；A为导热系数。

     ??(3)质量守恒方程：

     ??(4)气体状态方程：式中，R为普适气体常数。

     ??2．弹性力学基本方程

     ??描述固体力学性能的弹性力学基本方程有平衡微分方程、几何方程和物理方程。

     ??(1)平衡微分方程：

     ??(2)几何方程：

     ??(3)物理方程：

     ??式(1.6)～式(1.8)中，为描述固体内部应力的量；￡、￡，、￡。、为描述固体内部应变的量；u、v、叫为描述固体位移的量；X、Y、Z为固体体积力在z、y\z三个坐标轴上的分量；E为弹性模量；G为剪切模量；口为泊松比。

     ??3.耦合方程

     ??流体和固体的耦合关系可由界面的耦合方程来描述，其基本要求是在流场和固体耦合面上每一点均满足(1.9)式中，玩为固体耦合边界位移向量；p。为固体耦合边界载荷向量；qf为流体耦合边界位移向量；pf为流体耦合边界载荷向量。

     ??以上三组方程同时有流体域和固体域，未知变括描述流体现象、描述固体现象和描述两者耦合关系的变量。它们具有以下特征。

     ??(1)必须同时求解流体域和固体域。

     ??(2)行流体域或固体域求解时，无法显式地消去描述流体运动的独立变量或描述固体运动的独立变量，导致流固耦合问题的求解很好困雉。

     ??1.3.2流固耦合数值求解方法

     ??随着计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)、计算结构力学(computational structural mechanics，CSM)、流固耦合分析理论和计算技术的不断发展，计算流体力学与计算结构力学相结合的流固耦合数值求解方法成为流固耦合研究的主要方法，也成为正确理解复杂流固耦合现象和指导T程实践的重要

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