本书取材于作者学科组多年的研究成果，介绍当代最新的非线性气动弹性模拟和载荷分析的理论方法与计算，阐释非线性气动弹性数值模拟所需的关键技术和CFD/ CSD 耦合求解的基本原理，主要内容包括：非定常气动力求解技术、几何非线性结构动力学求解技术、CFD/ CSD 耦合插值与动格线技术、CFD/CSD 耦合系统设计、气动弹性系统降价技术。此外，书中还介绍了基于CFD/CSD 耦合计算软体的设计技术，并与实际套用相结合，给出了基于CFD/ CSD 耦合的工程套用算例。本书可作为高等院校航空相关专业研究生的教学用书，也可供力学、航空航天、土木工程等专业及其相关领域的科技工作者和研究生参考。

第1章绪论
1.1气动弹性力学发展历史2
1.2计算气动弹性力学方法3
1.3计算气动弹性套用软体5
1.4CFD/CSD耦合求解气动弹性问题的关键技术7
1.4.1流体域和固体域的非线性特徵模拟7
1.4.2动格线运动策略7
1.4.3流体和结构界面的连续及相容性条件8
1.4.4流体和结构耦合的计算效率8
第2章非定常流场CFD求解技术
2.1引言9
2.2积分形式的N-S方程9
2.3有限体积法11
2.4空间离散格式12
2.4.1中心差分格式13
2.4.2通量矢量分裂FVS-Van Leer格式15
2.4.3通量差分分裂FDS-Roe格式16
2.4.4对流迎风分裂AUSM格式 17
2.5通量限制器和MUSCL插值20
2.6时间推进格式22
2.6.1显示格式23
2.6.2隐式格式24
2.6.3二阶时间精度隐式时间推进格式26
2.7湍流模型28
2.7.1Baldwin-Lomax代数模型 28
2.7.2Spalart-Allmaras方程模型 29
2.7.3K-ω SST两方程模型 30
2.7.4DES方法31
2.8几何守恆律33
2.9CFD计算实例33

2.9.1RAE2822二维翼型CFD计算算例33
2.9.2NASA CRM机翼/机身/平尾组合体CFD计算算例34
2.9.3DLR-F6带短舱挂架的跨声速宽体运输类飞机CFD计算算例36
2.9.4AGARD CT-5非定常计算算例39
第3章几何非线性结构回响求解技术
3.1引言42

3.2变形和运动43
3.2.1变数及坐标系定义43
3.2.2应变度量47
3.2.3应力度量49
3.2.4拉格朗日守恆方程50
3.3变分原理52
3.3.1弹性理论经典变分原理52
3.3.2弹性理论广义变分原理55
3.4实体壳多变数单元59
3.4.1三场Fraeijs de Veubeke-Hu-Washizu(FHW)变分原理59
3.4.2非线性有限元离散59
3.4.3求解算法流程60
3.4.4算例分析61
3.5基于CR理论的梁壳单元几何非线性的有限元建模63
3.5.1二维梁单元切线刚度矩阵推导64
3.5.2基于CR法的三维壳单元切线刚阵推导67
3.6非线性有限元方程组求解方法70
3.6.1结构静力分析的非线性求解技术71
3.6.2结构动力分析的非线性求解技术73
3.6.3算例分析80
第4章CFD/CSD耦合插值与动格线技术
4.1引言84
4.2常用插值方法86
4.2.1无限平板样条法(IPS)86
4.2.2有限平板样条法(FPS)88
4.2.3多重二次曲面的双调和法(MQ)88
4.2.4薄板样条法(TPS)88
4.2.5反函式同变数转换法(IIM)89
4.2.6非均匀B样条方法(NUBS)89
4.2.7载荷参数空间插值方法89
4.3耦合接口设计89
4.3.1基于CVT方法的界面映射技术90
4.3.2基于BEM方法的界面映射技术96
4.3.3算例分析99
4.4动格线技术105
4.4.1几何插值动格线算法106
4.4.2TFI方法107
4.4.3RBF方法109
4.4.4保形动格线方法113
4.4.5动格线算例分析115
第5章耦合系统求解技术
5.1引言122
5.2CFD/CSD耦合常用算法精度分析123
5.2.1常用耦合方法简介123
5.2.2基于能量传递的精度分析126
5.3CFD/CSD高精度耦合格式设计131
5.3.1改进耦合格式的设计131
5.3.2改进耦合格式的精度分析133
5.4CFD/CSD耦合格式算例分析135
5.4.1ISOGAI机翼剖面气动弹性算例135

5.4.2AGARD 445.6机翼气动弹性回响分析137
第6章非线性气动弹性系统降阶技术
6.1引言141
6.2基于Volterra级数的非定常气动力降阶模型141
6.2.1多小波和多分辨分析142
6.2.2分段二次正交多小波构造142
6.2.3边界自适应尺度函式和小波149
6.2.4正交多小波多分辨分析150
6.2.5Volterra核近似153
6.2.6自适应QR分解递推最小二乘算法157
6.2.7算例分析159
6.3基于状态空间的非定常气动力降阶模型163
6.3.1脉冲/ERA方法163
6.3.2SCI/ERA方法164
6.3.3算例分析167
6.4基于POD方法的气动弹性系统降阶模型168
6.4.1POD基快照求解方法169
6.4.2基于POD方法的气动弹性系统降阶170
6.5基于BPOD方法的气动弹性系统降阶173
6.5.1平衡截断降阶理论173
6.5.2变换矩阵的构造174
6.5.3POD快照与Gramian矩阵的联繫174
6.5.4算例分析175
6.6基于POD-Galerkin映射的
非线性气动力降阶模型179
6.6.1流场控制方程修改180
6.6.2格线速度定义180
6.6.3POD-Galerkin映射181
6.6.4校正方法182
6.6.5算例分析183
第7章基于CFD/CSD耦合计算软体的设计及其套用

7.1引言187
7.2计算气动弹性软体简介187
7.2.1软体功能简介187
7.2.2软体总体设计方案188
7.2.3软体系统总体框架191
7.2.4数据使用者及其子类193
7.3软体套用流程简介195
7.3.1前处理软体195
7.3.2求解器界面200
7.3.3数据显示与处理200
7.4基于CFD/CSD耦合的气动弹性软体套用202
7.4.1大展弦比机翼静气动弹性分析202
7.4.2超声速气动舵面颤振分析207
7.4.3气动弹性动载荷分析211
7.4.4动态扰动对气动弹性的影响218
7.4.5複杂外形飞行器气动弹性分析223
参考文献233"