飞机轮胎-湿滑道面相互作用SPH算法仿真分析

针对飞机在湿滑道面上的滑水问题,采用光滑粒子流体动力学(SPH)算法建立了飞机轮胎-湿滑道面有限元模型,与流固耦合算法(CEL)模型进行对比,显示了SPH算法的优越性,进而分析了不同轮胎速度及水膜厚度对轮胎与湿滑道面相互作用的影响规律。结果表明,SPH模型得到的临界滑水速度与CEL模型结果相差不超过5%;舰首波、侧向羽流等流体特征更为明显立体;平均运算效率较CEL模型提高36.5%。利用SPH模型分析可得,道面支撑力随轮胎速度增加呈先平缓下降再急速下降的趋势,水膜厚度为3~13 mm时,急速下降段所在轮胎速度区间为170~260 km/h,基本处于A320飞机的着陆滑跑速度范围内,应增强对飞机滑水事故风险的防范;位移阻力随着轮胎速度增加呈先增大后减小的趋势,且在轮胎达到临界滑水速度时取得最大值,进而提出利用位移阻力最大值确定临界滑水速度的方法;侧向羽流最大溅水高度随轮胎速度增加呈先升高后降低的趋势,在接近临界滑水速度时达到最大值;舰首波最大溅水高度低于侧向羽流最大溅水高度,且随轮胎速度增加而降低,达到临界滑水速度时舰首波接近消失,2种溅水特征的最大溅水高度值均低于A320飞机发动机的最小离地高度0.680 m,不会对发动机产生影响。

两种数值算法在球形弹丸侵彻复合靶中的应用

分别采用有限元法(FEM)和有限元同光滑粒子耦合(FE/SPH)算法对球形弹丸侵彻复合靶板过程进行数值研究。采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形弹丸侵彻不同组合的钢/铝爆炸复合靶,通过弹道实验对数值算法的有效性进行验证。讨论了2种数值算法描述实验现象和结果的适用性,分析了靶板的破坏模式、层数、面密度和组合方式对靶板弹道性能的影响。结果表明:FEM算法较FE/SPH耦合算法能更直观地再现靶板层间结合界面的拉伸破坏形貌,且对实验结果的定量描述比FE/SPH耦合算法更接近实验结果,Tie-Break模型能够有效地反映靶板层间结合强度的影响;在球形弹丸的侵彻作用下,面板和夹板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏,钢背板发生瓣状破坏;在面密度相同的情况下,钢/铝/钢3层靶板具有最佳的抗侵彻性能。

基于SPH算法的深松铲破坏土壤仿真模型

传统深松铲破坏土壤仿真模型存在土壤间作用力分析不够精准,无法确定深松铲作业的最佳入土深度。为此,构建基于光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)算法的深松铲破坏土壤仿真模型。将深松铲破坏土壤过程分为剪切失效和切削失效,采用光滑粒子流体动力学方法,通过差值函数描述全部质点存在的相互作用,获取最佳光滑长度值。引入有限元分析方法,利用点-面形式构建土壤分析的耦合模型,确定土壤失效准则。利用此模型,分别探究铲尖与铲柄破坏土壤、刀面破坏土壤时深松铲受到的阻力情况。根据前铲与后铲对土壤的破坏作用,计算前后两铲对土壤的破坏半径及土壤扰动体积,完成深松铲破坏土壤的仿真模型构建。仿真结果证明,利用上述模型能够得出入土深度对土壤破坏的轮廓变化规律,可确定最佳入土深度,有效提高深松铲作业效果。

蜂窝夹层板超高速撞击SPH仿真初探

提出了对蜂窝芯层进行SPH离散化的平移阵列法,可形成蜂窝芯层的SPH几何模型数据。采用LS—DYNA软件的SPH功能,对蜂窝夹层板超高速撞击过程进行了仿真研究。仿真结果显示,蜂窝芯层限制了碎片云的径向飞散,改变了碎片云的形态。

超高速撞击模拟计算实践

以具体的有试验结果和仿真结果的超高速算例为统一的标准算例.采用 LS—DYNA 软件的几种算法,进行了超高速计算实践,结果表明,SPH 方法是一种最为有效的方法,其次是拉格朗日自适应有限元算法,而纯粹的拉格朗日方法和欧拉方法在解决此问题时效果不好。

基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术

基于变截面杆的波传播特性,设计了一种"针床型"广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程中,每一个小正四棱锥台可以看作"点"式加载脉冲源,产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波,球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形,从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律,为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了一种广义阻抗梯度飞片样品,在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现了准等熵压缩加载特性,并与计算结果进行了对比,两者基本一致,从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。

层合板受鸟撞冲击过程的数值模拟

近年来,经济的高速发展使人们寻求更快捷的出行方式和运输方式,飞机的方便快捷使其被大力发展,其安全问题也被人们关注并提上研究日程。基于SPH的方法,使用ANSYS/LSDYNA软件建立了鸟撞层合板的仿真模型,通过仿真分析了鸟撞的四个阶段,首先研究了临界速度前鸟体初始速度与层合板的接触力及鸟体损伤能量的变化情况,然后对比了鸟体损失能量与鸟体质量的关系。结果表明当冲击速度小于临界速度时,接触力峰值随鸟体速度的增大而增加,速度的变化与鸟体损失能量之间呈抛物线关系。

基于SPH法的土壤切削刀具三维数值模拟及优化

为优化刀具结构,减小土壤切削的功耗,采用大型动力学软件LS-DYNA中的光滑粒子流体动力学(SPH)求解器,结合MAT147材料模型就松土刀具对土壤的切割过程进行了三维动态仿真。建立了反旋凿切的数值模拟模型;并结合正交试验法对松土铲耕作条件进行了仿真。仿真结果表明:利用SPH方法对土壤材料进行大应变、高应变率的变形计算是有效的;定性地得到了耕宽与耕深的关系,且结合相关理论将可以更全面合理地对松土铲刀具结构进行优化。

基于SPH-FEM手指模型的皮肤摩擦行为分析

针对基于传统有限元算法(FEM)的手指模型并不能很好地模拟皮肤大变形的问题,提出了一种基于有限元和光滑粒子动力学耦合算法(SPH-FEM)的手指建模方法,以保证模型在大变形和极端变形情况下的适应性.由于该方法本身具有的"无网格"特性,其对皮肤组织表现出流固双相特性的模拟上对比传统的FEM方法具有天然优势.建立了基于SPH-FEM手指建模方法的手指模型,进行尖刺刺入仿真试验和平板摩擦仿真试验,考察皮肤的应力应变.为了验证SPH-FEM手指建模方法的合理性和有效性,对基于SPH-FEM手指模型与基于FEM手指建模方法进行比较.结果表明,SPH-FEM手指模型在整体形变趋势上与FEM手指模型较为一致,并且在应对大变形时响应速度相较于FEM手指模型明显加快,但存在一定的滞后性;SPH-FEM手指模型在小变形时的精度稍显不足.

考虑物理性质参数变化的膨润土缓冲材料水-热耦合SPH数值解

为了研究热源温度和外界水压对缓冲层中水-热迁移规律的影响,以GMZ膨润土为例,从基于势能的非饱和土的水-热迁移控制方程出发,考虑了蒸发效应的影响,得到了水-热耦合的方程组,采用改进的光滑粒子流体动力学(SPH)算法,能够对每一处土体根据不同时刻的不同状态实时更新计算参数,得到参数变化的水-热耦合解。计算结果表明:土的物理性质参数与土体的温度和饱和度密切相关,是否考虑这些参数的变化会对计算结果产生较大影响;核废料释放的热量能够在较短的时间内扩散到外边界,水分迁移的速度则相对慢很多;缓冲层温度的升高会加快水分的迁移速度,外界水压对温度的分布则影响较小。