CN103853921A - 一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法 - Google Patents

一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法 Download PDF

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CN103853921A CN201410061229.6A CN201410061229A CN103853921A CN 103853921 A CN103853921 A CN 103853921A CN 201410061229 A CN201410061229 A CN 201410061229A CN 103853921 A CN103853921 A CN 103853921A
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王文全
闫妍
郝栋伟
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Abstract

本发明提出一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，属于生物力学及其系统耦合模拟技术领域。将结构及其周围流场视为一个三维流固耦合系统，设计一套基于浸入边界法的耦合求解方法，获得超弹性结构流激振动特性和非定常流场特性。该方法采用两套网格，整个流体和结构组成的耦合系统区域在Euler描述下采用笛卡尔网格求解，固体区域在Lagrange描述下使用适体曲线网格求解。该发明方法不再使用动网格技术，避免了网格畸形以及离散网格几何不守恒等问题，能够有效地处理大变形柔性结构与流体的相互作用问题，尤其在柔性生物结构与流体的耦合运动中能得到广泛的应用。

Description

一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法
技术领域
本发明涉及一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，具体涉及到生物力学及其系统领域内超弹性结构的流激振动预测方法，属于生物力学及其系统耦合模拟技术领域。
背景技术
流固耦合问题的难点之一是流体和固体使用不同的数学描述框架。通常，流体运动使用Euler描述，而固体运动使用Lagrange描述。浸入边界法提供了一种方式，使这两种框架相互联系在一起。而浸入边界法将浸入流体的弹性体模化成Navier-Stokes动量方程中的体力，这样整个物理区域（流体区域和固体区域）可以看成一个流场进行求解。浸入边界法采用两套网格，整个物理区域在Euler描述下采用笛卡尔网格求解，固体区域在Lagrange描述下使用适体曲线网格求解。Lagrange变量和Euler变量的信息交换通过近似光滑函数实现。两套网格互不关联，流场求解不再使用动网格技术，从而避免了网格畸形以及离散网格几何不守恒等问题，能够有效地处理大变形柔性结构与流体的相互作用问题，尤其在柔性生物结构与流体的耦合运动中得到广泛的应用。
早期的浸入边界法，固体简化成弹性纤维模型（承受拉伸、压缩和弯曲），数值上易于离散，此模型广泛地应用于生物力学中各项异性材料。但是，对于非纤维组成的弹性体，纤维模型不能很好的适用，因为纤维模型不占用体积，不能考虑材料剪切变形。近几年来，扩展的浸入边界法得到快速发展，被广泛用于处理复杂动边界和流固耦合大变形问题，如浸入边界有限元方法，浸入边界有限体积方法，基于变分方法处理力源项及Dirae Delta函数分布,无网格的浸入边界法等。
本发明采用混合有限元/有限体积浸入边界法对方柱绕流后柔性超弹性悬臂梁的流激振动问题进行数值模拟，研究了悬臂梁的耦合振动特性和流场动态分布特性。
发明内容
本发明的目的是克服传统计算超弹性结构流激振动方法的不足，提出一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，具体是一种基于浸入边界法的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，流场求解不再使用动网格技术，避免了网格畸形以及离散网格几何不守恒等问题，使之能更有效地预测大变形超弹性柔性结构的流激振动行为。
本发明的技术方案是：采用数值计算技术对超弹性结构流激振动特性进行预测，该方法具体步骤如下：
（1）利用网格划分模块，将整个流体和结构组成的耦合系统区域在Euler描述下采用笛卡尔网格划分，并将单元坐标信息输出到文件fnode.txt；超弹性体在Lagrange描述下使用适体曲线网格划分，相应网格节点信息文件输出到snode.txt；
（2）利用初值计算模块，加载流体计算的边界条件，将流体和超弹性体组成的耦合系统区域看成Euler描述下单一流场的求解，求得流体和结构组成的耦合系统区域的稳态流场作为流场瞬态计算的初值条件；
（3）利用浸入边界法模块，在时间上推进由超弹性结构和周围流场组成的整个物理系统，并设定流场计算模块、信息交换模块和弹性力计算模块：
A、流场计算模块：将流体笛卡尔网格单元中心上附加的流体力密度fforce.txt对应加载到相应的流体单元上，然后调用流体求解器，求解附加了流体力密度的瞬态流体控制方程，并通过程序接口，提取笛卡尔网格流体单元中心速度，输出到文件fvelocity.txt；
B、信息交换模块：利用信息交换模块的主要作用就是实现拉格朗日变量与欧拉变量之间的转换，得到的变换结果为：
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE001
Figure 535433DEST_PATH_IMAGE002
式中
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 738881DEST_PATH_IMAGE004
都是流体网格上的欧拉变量，
Figure 236859DEST_PATH_IMAGE003
表示附加的流体力密度，
Figure 70823DEST_PATH_IMAGE004
表示流场速度，
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 74989DEST_PATH_IMAGE006
都是超弹性体有限元网格上的拉格朗日变量， 
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE007
 为超弹性体所占的空间区域，
Figure 82128DEST_PATH_IMAGE008
为流体和超弹性结构所占的整个物理区域；然后通过
Figure 434612DEST_PATH_IMAGE003
将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度sforce.txt转换到流体笛卡尔网格单元中心上的体积力密度，并将结果输出到文件fforce.txt, 通过
Figure 439477DEST_PATH_IMAGE004
将流体笛卡尔网格单元中心上的流体速度fvelocity.txt转换到超弹性体有限元网格节点上
的速度, 并将结果输出到文件svelocity.txt；
C、弹性力计算模块：根据得到的超弹性体位移
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE009
，得出弹性体变形梯度张量
Figure 939729DEST_PATH_IMAGE010
，式中表示梯度算子，进而得到第一P-K应力张量为
Figure 422662DEST_PATH_IMAGE012
，式中
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE013
为弹性材料常数，则超弹性体作用力密度为：
Figure 19866DEST_PATH_IMAGE014
式中
Figure 133315DEST_PATH_IMAGE007
 为超弹性体所占的空间区域，
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE015
 为超弹性体所占空间区域边界，为超弹性体所占空间区域边界的外法线方向；最后将超弹性体弹性力密度分布输出到文件sforce.txt；
D、调用信息交换模块，结合超弹性体弹性力密度文件sforce.txt，将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度转换到流体网格单元中心上的附加流体力密度，并输出到文件fforce.txt，并将该附加流体力密度对应加载到相应的流体单元上；
E、调用流体求解器，求解附加流体力密度的瞬态流体控制方程，同时通过自编程序，提取笛卡尔网格单元中心流场速度并输出到文件fvelocity.txt；
F、重复A～E，直到满足物理上需要的计算时间后，停止计算。
（4）调用结果输出模块，将步骤(3)得到的每一时间步计算的超弹性结构瞬态位移响应以及流场信息输出到文件result.txt；
（5）根据步骤（4）得到的结果，设定时间步长为
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE017
，要求计算的总物理时间为,时间步数为
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE019
，若
Figure 596548DEST_PATH_IMAGE020
,则进入下一时间步，继续调用浸入边界法模块进行下一时间步的计算，即重复执行步骤（3）和（4）；若
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE021
，则结束整个计算，得到预测的大变形超弹性结构流激振动特性结果。
所述流体计算的边界条件包括无滑移无渗透壁面边界条件、速度进口边界条件和自由出流边界条件。
所述流体计算模块中流体求解器是CFD流体求解器、开源的程序代码或自编程序代码。
所述时间步是指把物理上连续的时间分割成的有限时间段，每一时间段即为一个时间步。
本发明的优点在于：
（1）传统的基于移动网格技术的流激振动方法，需要动网格技术，而对于超弹性柔性大变形结构，大的边界运动往往导致流场网格更新的失败，而本发明正是弥补这一重要缺陷，在流激振动模拟过程中成功避免使用动网格技术。
（2）即使近年来也有少量成功应用动网格技术来执行流固耦合计算，但也很难保证耦合界面信息交换时能量守恒、离散网格几何守恒和边界层网格质量有效控制等关键问题，大大降低了模拟精度。本发明采用适宜的近似光滑函数，确保流固耦合系统能量守恒，保证耦合计算的有效性。
（3）本发明提出的耦合方法适应性强，应用领域广。无论对小变形弹性结构还是大变形弹性结构，线弹性结构还是超弹性结构都适用，不仅在生物医学和细胞力学领域有着广泛的应用，在一般的工程力学领域也应用广泛。
附图说明
图1是本发明流激振动技术方案流程图；
图2是本发明流激振动计算模型图；
图3是本发明流激振动悬臂梁自由端
Figure 943216DEST_PATH_IMAGE022
方向位移；
图4是本发明流激振动悬臂梁自由端
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE023
方向位移；
图5是本发明流激振动悬臂梁自由端三个稳定振动周期运动轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
    实施方式一：如图1所示，基于浸入边界法的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法包括下列步骤：
步骤一：利用网格划分模块，将整个流体和超弹性结构组成的耦合系统区域在Euler描述下采用笛卡尔网格划分，并将单元坐标信息输出到文件fnode.txt；固体区域在Lagrange描述下使用适体有限元网格划分，相应网格节点信息文件输出到snode.txt；
步骤二：利用初值计算模块，加载流体计算的边界条件，将流体和超弹性结构组成的耦合系统区域看成Euler描述下单一流场的求解，求得流体和超弹性结构组成的耦合系统区域的稳态流场作为流场瞬态计算的初值条件；
步骤三：利用浸入边界法模块，在时间上推进由超弹性结构和周围流场组成的整个物理系统，其中浸入边界法方法中设定如下三个子模块：流体计算模块、信息交换模块和弹性力密度计算模块。这三个模块不是相互独立的，比如在弹性力密度计算模块和流体计算模块中都要调用信息交换模块；
信息交换模块的主要作用就是实现拉格朗日变量与欧拉变量之间的转换。
假如整个物理域由固定的等距的欧拉网格离散，网格间距
Figure 480377DEST_PATH_IMAGE024
。采用近似光滑函数，其表达式为：
Figure 570692DEST_PATH_IMAGE026
                      （1）
式中，
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE027
为描述流体域（整个物理域）的欧拉坐标，其在笛卡尔坐标系下分量为
Figure 879838DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 131828DEST_PATH_IMAGE009
为描述超弹性体运动的拉格朗日坐标，其在笛卡尔坐标系下分量为
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 156285DEST_PATH_IMAGE030
为超弹性内物质点（离散曲线有限元网格点）的初始构型坐标（一般取时间
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE031
时刻的坐标），
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE033
表示时间。式中函数可表示为：
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE035
               （2）
通过
Figure 276261DEST_PATH_IMAGE025
近似光滑函数，可实现拉格朗日变量与欧拉变量的相互转换，即
Figure 636835DEST_PATH_IMAGE001
                       (3)
Figure 86271DEST_PATH_IMAGE002
                      (4)
式中
Figure 456073DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 408985DEST_PATH_IMAGE004
都是流体网格上的欧拉变量，表示附加的流体力密度，这里指超弹性体存在对流体产生的作用力密度，
Figure 1826DEST_PATH_IMAGE004
表示流场速度， 
Figure 175319DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 248317DEST_PATH_IMAGE006
都是超弹性体有限元网格上的拉格朗日变量，分别表示超弹性体的速度和超弹性体的弹性力密度，
Figure 278590DEST_PATH_IMAGE007
 为超弹性体所占的空间区域，
Figure 374722DEST_PATH_IMAGE008
为流体和超弹性结构所占的整个物理区域。通过式（3）将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度sforce.txt转换到流体笛卡尔网格单元中心上的体积力密度，并将结果输出到文件fforce.txt, 通过式（4）将流体笛卡尔网格单元中心上的流体速度fvelocity.txt转换到超弹性体有限元网格节点上的速度, 并将结果输出到文件svelocity.txt。
在一个时间步上，浸入边界法模块具体步骤包括如下：
步骤3.1：超弹性体位移计算
    调用信息交换模块，结合笛卡尔流体网格单元中心速度文件fvelocity.txt和单元坐标文件fnode.txt以及超弹性体有限元网格节点坐标文件snode.txt，通过式（4）求得超弹性体有限元网格节点上的速度，并输出到文件svelocity.txt；通过向后差分，获得超弹性体有限元网格节点上的位移，并输出到文件sdisplace.txt；
步骤3.2：弹性力密度计算
    对于超弹性体，如已知超弹性体有限元网格节点上的位移，可得到超弹性体弹性力密度
Figure 90796DEST_PATH_IMAGE036
，即：
Figure 229653DEST_PATH_IMAGE014
                           （5）
式中
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE037
为第一P-K应力张量，
Figure 937715DEST_PATH_IMAGE010
弹性体变形梯度张量， 
Figure 187431DEST_PATH_IMAGE011
表示梯度算子， 
Figure 235021DEST_PATH_IMAGE013
为弹性材料常数，
Figure 607097DEST_PATH_IMAGE030
为超弹性内物质点（离散曲线有限元网格点）的初始构型坐标（一般取时间
Figure 677821DEST_PATH_IMAGE031
时刻的坐标）。通过（5）式，计算得到超弹性体弹性力密度分布，并输出到文件sforce.txt；
步骤3.3：流体力密度加载
    调用信息交换模块，结合超弹性体弹性力密度文件sforce.txt，将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度转换到流体网格单元中心上的附加流体力密度，并输出到文件fforce.txt。通过自编的C程序，将该附加流体力密度对应加载到相应的流体单元上；
步骤3.4：瞬态流场计算
通过自编C程序调用流体求解器，求解附加流体力密度的瞬态流体控制方程，同时通过自编程序，提取笛卡尔网格单元中心流场速度并输出到文件fvelocity.txt；
步骤3.5：时间推进
重复上述步骤3.1-3.4，直到满足物理上需要的计算时间后，停止计算。
步骤四：结果输出
将步骤三得到的每一时间步的超弹性结构瞬态位移响应以及流场信息输出到文件result.txt，供后处理软件读取显示；
步骤五：判断是否结束计算。设时间步长为
Figure 793545DEST_PATH_IMAGE017
，要求计算的总物理时间为
Figure 633325DEST_PATH_IMAGE018
,时间步数为
Figure 176301DEST_PATH_IMAGE019
，如果
Figure 533989DEST_PATH_IMAGE020
,进入下一时间步，继续调用浸入边界法模块进行计算，即执行    步骤三和四。如果
Figure 391087DEST_PATH_IMAGE021
，则结束整个计算。
    下面以一流激振动的悬臂梁超弹性结构为实施例对本发明作进一步的详细说明。
    悬臂梁前端固定在一刚性方柱上，由前端刚性方柱诱发的涡脱落诱发下游悬臂梁超弹性结构的振动。具体计算对象参见图2，柔性悬臂梁左端面与方柱相连，高为 ，长
Figure 861568DEST_PATH_IMAGE040
=66.7
Figure 906884DEST_PATH_IMAGE038
，整个计算区域长
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE041
=250
Figure 364411DEST_PATH_IMAGE038
，宽
Figure 975521DEST_PATH_IMAGE042
=100
Figure 125879DEST_PATH_IMAGE038
，以计算区域左下角为原点(0, 0), 静止刚性方柱的左下角
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE043
=（33.3
Figure 455229DEST_PATH_IMAGE038
,41.7），方柱边长
Figure 119746DEST_PATH_IMAGE044
=16.7
Figure 443936DEST_PATH_IMAGE038
。
步骤1：网格划分
    整个物理区域（流体和超弹性结构组成的耦合系统区域）在Euler描述下采用笛卡尔网格划分，并将单元坐标信息输出到文件fnode.txt，固体区域在Lagrange描述下使用适体有限元网格划分，相应网格节点信息文件输出到snode.txt文件。
步骤2：稳态流场初值计算
    通过流体初值计算模块调用流体CFD计算软件Fluent，加载流体计算的边界条件，上下边界为滑移边界条件（
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 260582DEST_PATH_IMAGE046
），右侧为流体自由出流，左侧为速度进口。
求得整个物理区域的稳态流场作为流场瞬态计算的初值条件，提取Euler描述下笛卡尔网格单元流场信息并存放于文件fvelocity.txt。
步骤3：采用浸入边界法，在时间上推进由柔性超弹性超弹性结构和周围流场组成的整个物理系统
首先通过C程序语言，编写好拉格朗日变量与欧拉变量转换模块，即信息交换模块。即采用近似光滑函数，由于本例为空间二维问题，其表达形式为：
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE047
                     （6）
式中，
Figure 645613DEST_PATH_IMAGE027
为描述流体域（整个物理域）的欧拉坐标，其在笛卡尔坐标系下分量为，
Figure 113820DEST_PATH_IMAGE009
为描述超弹性体运动的拉格朗日坐标，其在笛卡尔坐标系下分量为
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，为超弹性内物质点（离散曲线有限元网格点）的初始构型坐标（一般取时间
Figure 422628DEST_PATH_IMAGE031
时刻的坐标），
Figure 757794DEST_PATH_IMAGE033
表示时间，
Figure 549033DEST_PATH_IMAGE050
为网格宽度。式中函数
Figure 693094DEST_PATH_IMAGE034
可表示为：
Figure 191071DEST_PATH_IMAGE035
     （7）
通过
Figure 759456DEST_PATH_IMAGE025
近似光滑函数，实现拉格朗日变量与欧拉变量的相互转换，即将超弹性体节点上的弹性力密度转换到流体网格单元中心上的附加流体力密度，也可将流体网格单元中心上的流体速度转换到超弹性体节点上的速度。需要转换时，直接调用该模块。
准备好拉格朗日与欧拉变量转换的信息交换模块后，在一个时间步上，浸入边界法主要计算步骤如下：
步骤3.1：超弹性体位移计算
    调用信息交换模块，结合笛卡尔流体网格单元中心速度文件fvelocity.txt和单元坐标文件fnode.txt以及超弹性体有限元网格节点坐标文件snode.txt，通过式（4）求得超弹性体有限元网格节点上的速度，并输出到文件svelocity.txt；通过向后差分，获得超弹性体有限元网格节点上的位移，并输出到文件sdisplace.txt；
步骤3.2：弹性力密度计算
    对于超弹性体，如已知超弹性体有限元网格节点上的位移
Figure 37990DEST_PATH_IMAGE009
，可得到超弹性体弹性力密度
Figure 920496DEST_PATH_IMAGE036
，即：
Figure 335296DEST_PATH_IMAGE014
                     （8）
式中
Figure 277845DEST_PATH_IMAGE037
为第一P-K应力张量，
Figure 778096DEST_PATH_IMAGE010
弹性体变形梯度张量， 
Figure 261030DEST_PATH_IMAGE011
表示梯度算子，
Figure 733600DEST_PATH_IMAGE030
为超弹性内物质点（离散曲线有限元网格点）的初始构型坐标（一般取时间
Figure 643787DEST_PATH_IMAGE031
时刻的坐标）， 为弹性材料常数，其与泊松比
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE051
和弹性模量
Figure 909170DEST_PATH_IMAGE052
的关系由下式决定，即：
Figure 2014100612296100002DEST_PATH_IMAGE053
                           （9）
通过（8）式，计算得到超弹性体弹性力密度分布，并输出到文件sforce.txt；
步骤3.3：流体力密度加载
    调用信息交换模块，结合超弹性体弹性力密度文件sforce.txt，将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度转换到流体网格单元中心上的附加流体力密度，并输出到文件fforce.txt。通过自编的C程序，将该附加流体力密度对应加载到相应的流体单元上；
步骤3.4：瞬态流场计算
通过自编C程序调用流体求解器，求解附加流体力密度的瞬态流体控制方程，同时通过自编程序，提取笛卡尔网格单元中心流场速度并输出到文件fvelocity.txt；
步骤3.5：时间推进
重复上述步骤3.1～3.4，直到满足物理上需要的计算时间后，停止计算。
步骤4：调用结果输出模块，将超弹性结构的瞬态位移响应以及流场信息输出到文件，供后处理软件读取显示。
步骤五：判断是否结束计算。本实施例中时间步长
Figure 298563DEST_PATH_IMAGE054
，要求计算的总物理时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE055
,当时间推进，计算到步数
Figure 645231DEST_PATH_IMAGE056
时，
Figure 120075DEST_PATH_IMAGE021
成立，停止计算。因此可得到总物理时间
Figure DEST_PATH_IMAGE057
内的悬臂梁振动信息等，以悬臂梁自由端为例，图3为实施例悬臂梁自由端
Figure 944811DEST_PATH_IMAGE058
方向位移时间历程图，图4为实施例悬臂梁自由端
Figure DEST_PATH_IMAGE059
方向位移时间历程图，由图可见，悬臂梁在计算开始，振幅逐渐增大，在3s以后，呈现稳定的周期振动。图5为实施例悬臂梁自由端三个稳态振动周期的运动轨迹图，进一步证实悬臂梁的周期稳定振动特性。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于具体步骤包括：
（1）利用网格划分模块，将整个流体和结构组成的耦合系统区域在Euler描述下采用笛卡尔网格划分，并将单元坐标信息输出到文件fnode.txt；超弹性体在Lagrange描述下使用适体曲线网格划分，相应网格节点信息文件输出到snode.txt；
（2）利用初值计算模块，加载流体计算的边界条件，将流体和超弹性体组成的耦合系统区域看成Euler描述下单一流场的求解，求得流体和结构组成的耦合系统区域的稳态流场作为流场瞬态计算的初值条件；
（3）利用浸入边界法模块，在时间上推进由超弹性结构和周围流场组成的整个物理系统，并设定流场计算模块、信息交换模块和弹性力计算模块；
（4）调用结果输出模块，将步骤(3)得到的每一时间步计算的超弹性结构瞬态位移响应以及流场信息输出到文件result.txt；
（5）根据步骤（4）得到的结果，设定时间步长为                                                
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE001
，要求计算的总物理时间为
Figure 140264DEST_PATH_IMAGE002
,时间步数为
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE003
，若
Figure 469615DEST_PATH_IMAGE004
,则进入下一时间步，继续调用浸入边界法模块进行下一时间步的计算，即重复执行步骤（3）和（4）；若
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE005
，则结束整个计算，得到预测的大变形超弹性结构流激振动特性结果。
2.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于步骤（3）的具体方法为：
A、流场计算模块：将流体笛卡尔网格单元中心上附加的流体力密度fforce.txt对应加载到相应的流体单元上，然后调用流体求解器，求解附加了流体力密度的瞬态流体控制方程，并通过程序接口，提取笛卡尔网格流体单元中心速度，输出到文件fvelocity.txt；
B、信息交换模块：利用信息交换模块实现拉格朗日变量与欧拉变量之间的转换，得到的变换结果为：
Figure 543881DEST_PATH_IMAGE006
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE007
式中和
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE009
都是流体网格上的欧拉变量，
Figure 571236DEST_PATH_IMAGE008
表示附加的流体力密度，
Figure 138614DEST_PATH_IMAGE009
表示流场速度，
Figure 937943DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE011
都是超弹性体有限元网格上的拉格朗日变量， 为超弹性体所占的空间区域，
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE013
为流体和超弹性结构所占的整个物理区域；然后通过
Figure 265074DEST_PATH_IMAGE008
将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度sforce.txt转换到流体笛卡尔网格单元中心上的体积力密度，并将结果输出到文件fforce.txt, 通过
Figure 319749DEST_PATH_IMAGE009
将流体笛卡尔网格单元中心上的流体速度fvelocity.txt转换到超弹性体有限元网格节点上的速度, 并将结果输出到文件svelocity.txt；
C、弹性力计算模块：根据得到的超弹性体位移
Figure 657189DEST_PATH_IMAGE014
，得出弹性体变形梯度张量，式中
Figure 615174DEST_PATH_IMAGE016
表示梯度算子，进而得到第一P-K应力张量为
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE017
，式中
Figure 12658DEST_PATH_IMAGE018
为弹性材料常数，则超弹性体作用力密度为：
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE019
式中 为超弹性体所占的空间区域，
Figure 695760DEST_PATH_IMAGE020
 为超弹性体所占空间区域边界，
Figure 2014100612296100001DEST_PATH_IMAGE021
为超弹性体所占空间区域边界的外法线方向；最后将超弹性体弹性力密度分布输出到文件sforce.txt；
D、调用信息交换模块，结合超弹性体弹性力密度文件sforce.txt，将超弹性体有限元网格节点上的弹性力密度转换到流体网格单元中心上的附加流体力密度，并输出到文件fforce.txt，并将该附加流体力密度对应加载到相应的流体单元上；
E、调用流体求解器，求解附加流体力密度的瞬态流体控制方程，同时通过自编程序，提取笛卡尔网格单元中心流场速度并输出到文件fvelocity.txt；
F、重复A～E，直到满足物理上需要的计算时间后，停止计算。
3.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于：所述流体计算的边界条件包括无滑移无渗透壁面边界条件、速度进口边界条件和自由出流边界条件。
4.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于：所述流体计算模块中流体求解器是CFD流体求解器、开源的程序代码或自编程序代码。
5.根据权利要求1所述的大变形超弹性结构流激振动特性预测方法，其特征在于：所述时间步是指把物理上连续的时间分割成的有限时间段，每一时间段即为一个时间步。
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