●目錄
叢書序
前言
第1章緒論001
1.1流固耦合力學基本概念001
1.2典型流固耦合力學問題003
1.2.1航空航天中的氣動彈性力學問題003
1.2.2其他工程中的流固耦合問題007
1.3計算流固耦合力學方法009
1.3.1流固耦合力學建模方法009
1.3.2計算流固耦合力學關鍵技術012
【小結】015
參考文獻016
第2章計算結構力學方法基礎018
2.1結構靜力分析的矩陣法019
2.1.1矩陣法分析結構靜力問題的基本步驟019
2.1.2矩陣位移法020
2.1.3直接剛度法021
2.1.4子結構法022
2.1.5矩陣力法023
2.1.6機翼靜力分析案例023
2.2結構動力分析的法025
2.2.1結構動力學方程025
2.2.2自由振動的固有特性026
2.2.3受迫振動的動力響應029
2.2.4無人機動力學分析案例031
2.3熱結構分析方法032
2.3.1穩態溫度場分析032
2.3.2熱彈性力學分析034
2.3.3熱彈塑性力學分析和殘餘應力036
2.3.4熱結構分析案例037
【小結】039
【數字資源】039
參考文獻039
第3章經典氣動彈性計算方法041
3.1準定常氣動理論041
3.2西奧道生理論045
3.3求解顫振方程的p-k法049
3.4非定常渦方法051
3法簡介055
3.5.1偶極子格網法簡述056
3.5.2渦格法簡介057
3.5.3法簡介059
3.6典型案例063
3.6.1基於定常渦格法的靜氣彈分析063
3.6.2基於偶極子格網法的顫振分析065
3.6.3氣動彈性響應分析065
3.6.4翼體干涉對全機顫振特性的影響067
【小結】069
【數字資源】069
參考文獻069
第4章計算流體力學方法基礎070
4.1流動控制方程070
4.2有限體積法基礎072
4.2.1有限體積法原理072
4.2.2數值離散方法074
4.2.3對流擴散問題求解077
4.3非定常可壓縮流動有限體積法080
4.3.1空間離散方法080
4.3.2時間離散格式084
4.3.3邊界條件處理086
4.3.4幾何守恆定律087
4.4湍流模型簡介088
4.4.1封閉性問題088
4.4.2一方程模型089
4.4.3兩方程模型090
4.5典型模型數值模擬驗證094
4.5.1NACA0012翼型定常擾流094
4.5.2RAE2822超臨界翼型095
4.5.3ONERA M6機翼跨聲速流動096
4.5.4NACA0012翼型周期性振蕩098
【小結】099
【數字資源】100
參考文獻100
第5章任意拉格朗日-歐拉流固耦合計算方法101
5.1任意拉格朗日-歐拉流固耦合力學方程101
5.1.1ALE坐標體繫流動控制方程101
5.1.2運動坐標繫下的湍流模型109
5.1.3固體運動控制方程111
5.2CFD／CSD耦合求解策略與流程113
5.2.1流固耦合計算的耦合策略113
5.2.2流固耦合計算格式精度分析118
5.3流體／結構耦合界面數據映射技術120
5.3.1無限平板樣條插值方法121
5.3.2常體積轉換法123
5.3.3徑向基函數插值方法128
5.4機翼氣動彈性CFD／CSD耦合計算實例131
5.4.1大展弦比機翼靜氣動彈性問題131
5.4.2機翼顫振CFD／CSD耦合計算134
【小結】140
【數字資源】141
參考文獻141
第6章動網格技術142
6.1常用動網格生成方法142
6.1.1動網格問題的實質和內涵142
6.1.2虛擬結構法144
6.1.3微分方程法145
6.1數法146
6.1.5背景網格插值法147
6.1.6超限插值法148
6.2徑向基函數類動網格技術149
6.2.1徑向基函數149
6.2.2采用RBF方法計算網格變形151
6.2.3RBF動網格加速方法153
6.3動網格生成實例156
6.3.1二維動網格生成156
6.3.2三維動網格生成158
【小結】160
【數字資源】161
參考文獻161
第7章流固耦合繫統降階模型技術162
7.1基於Volterra級數的流固合降階模型162
7.1.1Volterra級數理論與構造方法163
7.1.2氣動彈性降階模型構造165
7.1.3Volterra降階模型案例分析167
7.2基於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氣動彈性POD降階模型構造方法171
7.2.3降階模型精度的影響因素175
7.3類平衡截斷氣動彈性降階模型179
7.3.1平衡截斷法179
7.3.2Gramian矩陣近似求解算法180
7.3.3基於S-BT技術的混合型氣動彈性降階模型182
7.4非線性流固耦合降階模型構造技術184
7.4.1高階非線性Volterra級數降階模型184
7.4.2高階諧波平衡非線性降階模型190
7.4.3基於泰勒展開的非線性特征分解降階模型191
7.5數據驅動的非線性氣動力降階模型195
7.5.1非線性氣動力的人工神經網絡模型195
7.5.2非線性氣動力支持向量機降階模型200
7.6降階模型的典型應用203
7.6.1氣動伺服彈性建模與主動控制203
7.6.2陣風響應預測208
7.6.3基於降階模型的流場重構211
【小結】215
參考文獻215
第8章不可壓流動-柔性結構耦合數值模擬方法217
8.1不可壓縮流體-柔性結構流固耦合數值方法概述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基於速度修正的格子Boltzmann-浸入邊界法224
8.3.2圓柱擾流算例226
8.4分塊網格技術及其應用228
8.4.1分塊格子Boltzmann法228
8.4.2多區分塊網格算法驗證231
8.5結構幾何非線法233
8.6柔性結構流固耦合數值模擬算例驗證236
8.6.1二維圓柱-柔性梁模型流固耦合問題236
8.6.2三維柔性板仿生流固耦合問題239
【小結】242
【數字資源】242
參考文獻242
第9章可壓縮流動-柔性結構流固耦合模擬方法246
9.1可壓縮流動-柔性結構流固耦合問題概述246
9.2可壓縮流動銳利邊界浸沒邊界法247
9.2.1浸沒邊界法的基本思想247
9.2.2銳利邊界浸沒邊界法的基本思想249
9.2.3點插值方法250
9.2.4加權最小二乘法253
9.3可壓縮流動罰浸沒邊界法255
9.4基於有限體積方法的浸沒邊界法257
9.5典型應用案例259
9.5.1激波管中柔性板振動259
9.5.2火星降落傘流固耦合問題261
【小結】265
【數字資源】265
參考文獻265
第10章飛行器流固耦合優化設計方法268
10.1氣動／結構耦合優化設計概述268
10.1.1傳統飛行器設計流程268
10.1.2氣動／結構耦合多學科優化設計270
10.2基於代理模型的氣動／結構多學科優化設計271
10.2.1代理模型簡介271
10.2.2基於代理模型的機翼多學科優化設計272
10.2.3基於巡航外形的結構模型反迭代設計方法277
10.3基於梯度的氣動／結構優化設計方法282
10.3.1基於離散共軛的氣動外形優化設計方法282
10.3.2基於梯度算法的氣動／結構串行優化設計方法287
10.4氣動／結構耦合離散伴隨優化設計方法292
10.4.1氣動／結構耦合離散伴隨方法292
10.4.2HALE無人機多學科耦合優化設計297
【小結】304
【數字資源】305
參考文獻305
第11章流固耦合分析應用實例306
11.1大展弦比翼身組合體靜氣動彈性分析306
11.23D打印柔性機翼非線性靜氣動彈性評估312
11.3雙體飛機顫振特性分析314
11.3.1基準雙體飛機顫振模型314
11.3.2雙體飛機顫振影響規律探索318
11.3.3雙機身布局對顫振的影響規律320
11.4熱防護結構防熱性能耦合評估323
11.4.1熱-流-固耦合數值模擬方法323
11.4.2類X-34模型耦合傳熱計算325
11.5飛翼布局柔性無人機陣風響應分析329
11.5.1離散風場擾動模型及引入330
11.5.2陣風影響分析332
11.6導彈氣動伺服彈性分析與綜合338
11.6.1彈性飛行器氣動伺服彈性模型338
11.6.2導彈氣動伺服彈性穩定性分析340
【小結】345
參考文獻345

本書以航空航天領域為主，兼顧其他工程領域的流固耦合問題，介紹空大21世紀近20年來國內外發展的計算流固合力學主要新思想、新方法和新技術。主要內容包括經典氣動彈性計算方法、基於貼體網格的CFD/CSD基於貼流固合方法和非貼體網格浸沒邊界類等三大類流固耦合分析技術，以及流固耦合繫統降階模型和流固合優化設計等多學科建模與優化技術。應用方面重點介紹飛行器靜氣動彈性、顫振穩定性及抑制、陣風響應及減緩、氣動彈性優化氣動服彈性等典型氣動彈性問題。
本書注重理論方法與工程應用相結合並提供了部分算法源代碼、算例源文件和軟件操作等數字化資源。可作為航空宇航科學與技術、力學等相關專業本科生和研究生教材，也可供船舶與海洋工程土木工程能源化工和生命醫學工程等領域從事流固耦合相關研究的專業技術人員參考。