用于分区流固耦合的变分柔性多体公式：在仿蝙蝠无人机和无人飞行器中的应用

我们提出了一种三维分区气动弹性公式，用于与不可压缩湍流相互作用的柔性多体系统。不可压缩纳维-斯托克斯系统使用稳定的彼得罗夫-伽辽金方法进行离散化，而多体结构系统则由多个组件（如刚体、梁和柔性薄壳）以及它们之间的各种类型的关节和连接组成。对于小应变问题类别，采用共旋框架，将物体的位移分解为刚体旋转和小应变分量。这一假设简化了结构方程，并允许在系统中包含多个物体（刚性和柔性）。关节处的位移和旋转约束通过拉格朗日乘子法施加。流-固界面上的平衡条件通过径向基函数方法传递牵引力和结构位移来满足，该方法具有全局守恒性。为了在低结构-流体质量比状态下实现耦合稳定性，在分区交错预测-校正方案中采用了非线性迭代力校正方案。通过对非匹配流-固界面上流体牵引力传递进行系统误差分析，分析了径向基函数映射的收敛性和通用性，观察到三阶收敛性。然后，通过考虑具有后缘锯齿的柔性俯仰板配置上的流动，验证了所提出的气动弹性框架。最后，我们演示了流经蝙蝠柔性扑翼的流动，在多体系统中将指骨建模为梁，将柔性膜建模为薄壳，并包含关节。