基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。

基于Lagrange、ALE和SPH算法的接触爆炸模拟计算

运用LS-DYNA软件的Lagrange、ALE和SPH三种不同算法对炸药在钢筋混凝土板表面触爆进行了数值模拟,3种算法都模拟了表面触爆下炸药爆轰及混凝土板破坏的全过程。通过实际算例从模型建立、计算结果和计算时间3个方面对比分析了3种不同算法的优缺点,从而为爆炸效应数值模拟方法上提供一些建议和参考。

基于SPH算法的微耕机旋耕切土仿真研究

运用Pro/E和HYPERMESH软件,建立了旋耕刀辊的有限元模型。通过编辑K文件,建立了土壤SPH模型。应用光滑流体动力学理论,采用MAT147土壤材料,结合DYNA求解器,对微耕机旋耕切土进行了仿真研究。分析了旋耕刀辊切土过程,得到了旋耕刀辊切削力曲线和能量曲线,计算出微耕机在前进速度0.3m/s、旋转速度2.12r/s、耕深110mm、耕宽30mm参数条件下的切土功率为3.45kW,与实际微耕机的使用功率比较接近,验证了仿真的可靠性,可为微耕机整机及其零部件的优化设计提供理论依据。

SPH算法在长杆弹侵彻多层间隔靶中的应用

基于Autodyn软件,应用SPH算法对长杆弹高速侵彻多层间隔金属靶板的过程进行数值模拟,分析了弹体侵彻靶板后的剩余速度、剩余动能、以及形成的破片及其飞散情况,同时模拟初始速度及弹体质量对侵彻过程的影响。通过与实验结果的比较,表明数值模拟的结果是合理的,能够准确模拟长杆弹对多层间隔靶的高速侵彻过程,对预测弹体侵彻性能以及对长杆弹进行优化设计具有一定的指导价值。

SPH算法在超高速碰撞数值模拟中的应用

采用大型动力学软件Ls-dyna中的SPH求解器,对球形弹丸超高速碰撞靶板的过程进行数值模拟。给出由于碰撞速度不同,而引起的不同的碎片云图像,以及不同的靶板破碎孔的尺寸。同时模拟了入射角度不同,而得到不同的超高速碰撞物理过程。初步分析结果表明数值模拟结果是合理的,较清晰地模拟了超高速碰撞下碎片云的生成、膨胀过程。另外,通过数值模拟结果与实验结果的比较分析,表明SPH方法得到的结果能描述相应的超高速碰撞现象。所以采用SPH算法针对超高速碰撞物理过程进行数值模拟是可行的。

弹丸侵彻混凝土的SPH算法

给出了弹丸侵彻混凝土的数值计算,其中弹体作为刚体处理并划分成Lagrangian标准有限元网格,而混凝土划分成光滑粒子并经历大应变、高应变率和高压作用。为了描述混凝土的非线性变形及断裂特性,在计算中引入了Holmquist Johnson Cook本构模型及损伤模型。计算结果与实验结果的对比表明,利用光滑粒子流体动力学方法对混凝土材料进行大应变、高应变率的变形计算是有效的,并可避免网格重分或网格消蚀。此外,将光滑粒子流体动力学方法和有限元方法结合可以保持计算过程中材料界面的清晰。

基于SPH算法的高压水射流破岩机理数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA软件,采用SPH算法模拟了高压水射流破岩的三维非线性冲击动力学问题,得到了破岩过程中能量转化关系和射流冲击力时程曲线,同时也获得了水射流破碎岩石的时序演化过程,较好地反映了水射流破岩的真实物理过程,证明了该仿真方法的可行性,所得结论将为水力参数优选以及钻头喷嘴设计提供一定的参考。

基于SPH算法的旋叶刀辊开沟数值模拟

【目的】解决常规开沟刀开沟宽度和开沟深度不足,不能满足新疆地区葡萄开沟埋藤的种植模式的需求问题.【方法】本研究在原有刀具的基础上改进设计了风扇式旋叶开沟刀辊,利用逆向工程得到旋叶刀的三维模型,基于SPH算法对其进行切削土壤的显示动力学分析,得到最优的开沟工作速度及刀辊转速,并对旋叶刀辊的弯折角进行了分析,将其安装在相应动力的小型开沟机上进行了田间试验.【结果】一副刀辊单次开沟深度在200mm,宽度可达400mm以上,且刨土效果良好,沟底成圆弧形,开沟后土散落在沟两侧,经过两次开沟即可达到所需的要求.【结论】该旋叶刀辊的开沟深度和宽度满足了新疆石河子地区葡萄园的农艺要求.

基于SPH算法的钢球高速撞击肥皂数值仿真

运用光滑粒子流体动力学分析方法,对钢球高速侵彻肥皂靶标进行了数值仿真分析。建立了钢球与肥皂高速撞击数值计算模型,运用侵蚀接触算法,求解了高速钢球侵彻肥皂的动力响应时间历程,获取了钢球侵彻肥皂靶标的侵彻深度与投射物速度关系图和瞬态Von-Mises等效应力云图,分析了高速碰撞过程及碰撞过程中空腔的形成和变化情况,并与实验结果及Lagrange数值仿真结果对照,计算结果具有良好精度,表明运用SPH方法能够较好地描述高速撞击现象。文中的研究表明,SPH技术是开展创伤弹道研究的有效手段。

基于SPH算法对混凝土裂纹扩展研究

为研究混凝土在冲击载荷作用下的裂纹扩展,用非线性动力学软件AUTODYN-2D、扩展性Drucker-Prager强度模型,采用SPH算法对混凝土在冲击载荷作用下的裂纹形成过程进行数值模拟。分析混凝土在冲击载荷作用下的裂纹扩展情况,研究弹体不同速度对裂纹扩展的影响。结果表明,采用扩展性模型Drucker-Prager能够合理地描述混凝土裂纹的扩展现象。在本研究条件下,当速度小于650 m/s,混凝土裂纹扩展的最大直径随着速度的增加而增大;当速度大于650 m/s,混凝土裂纹扩展的最大直径呈先增大后不变的现象。

基于Lagrange及SPH算法的花岗岩侵彻数值模拟

为研究不同算法对弹体侵彻花岗岩模拟的影响,基于仿真分析软件LS-DYNA中的Lagrange算法及SPH(Smooth particle hydrodynamics)算法,采用Lagrange、SPH-Lagrange耦合及SPH算法分别对弹体侵彻、贯穿花岗岩靶体进行数值模拟,并从计算效率、侵彻深度、速度衰减、靶体损伤、Mises应力分布多方面对比模拟结果,分析3种算法用于研究岩石侵彻问题的优势和不足。研究表明:Lagrange算法的计算效率最高,计算精度高,但存在单元畸变、无撞击溅射、无后坑区等问题;SPH算法的计算效率最低,但模拟效果良好;SPH-Lagrange耦合算法兼具二者优势,但会导致应力滞后和应力波不稳定衰减。在大型模拟中应优先选用Lagrange算法和SPH-Lagrange耦合算法。

基于SPH算法的纵向开沟过程模拟

以河北地区蔬菜大棚秸秆生物反应堆土壤为原型,结合土壤材料MAT147模型、SPH算法和边界条件,利用ANSYS/LS_DYNA对纵向开沟过程进行数值模拟。在前进速度2 km/h、旋转速度540 r/min、耕深350 mm、刀辊倾斜角度45°参数条件下,前后处理软件LS_PREPOST仿真结果显示,SPH算法可以直观模拟纵向开沟刀辊切削土壤的整个过程,最大等效应力为43. 21 MPa,主要集中在与刀辊接触的土壤上;刀辊切削过程显示,在螺旋板及刀片螺旋布置的旋转刀辊作用下,土壤去向主要分为轴向升土和周向抛土,开沟效果明显;刀辊切削应力云图显示,土壤所受的等效应力变化小且整个过程切削比较平稳;切削稳定时的功耗为8. 23 kW,与试验中的纵向开沟装置功耗接近,验证了模拟的可靠性,为新型纵向旋转开沟装置及零部件的优化设计提供可靠依据。

基于FEM/SPH算法的弹丸侵彻土体数值模拟

基于有限元法(FEM)和光滑粒子流体动力学(SPH)结合的算法,用数值模拟了钢质弹丸对钢筒约束土体的侵彻过程。基于ANSYS/LS-DYNA显式动力分析和LS-PrePost后处理软件,形象再现了钢质弹丸冲击作用下土体飞溅形成漏斗坑和直线通道的物理过程。侵彻深度计算结果与实验数据吻合较好,钢质弹丸的速度和加速度时程曲线图与理论分析一致,体现了FEM/SPH算法的精确性。研究结果表明FEM/SPH算法在模拟侵彻土体方面具有可行性和有效性。

基于SPH算法的飞行器鸟撞数值仿真分析

应用LS-DYNA动力学仿真软件,采用SPH算法进行鸟撞平板数值仿真分析。通过与实际试验结果对比分析,仿真计算结果与试验结果吻合较好,同时得到了鸟弹撞击速度与损伤(最大应力)之间的的经验公式。鸟撞平板仿真验证了仿真方法、模型及结构属性模拟的合理性,仿真计算结论为飞行器结构抗鸟撞设计提供有价值的数据。

基于SPH算法的襟翼鸟撞分析研究

以某型飞机后缘内襟翼为研究对象,利用有限元软件PAM-CRASH,开展了飞机结构的鸟撞仿真分析研究。分析过程考虑了材料的非线性和结构的大变形,并采用SPH(Smoothed Partical Hydrodynamics)方法模拟高速撞击下的鸟体。利用有限元分析得到不同速度、飞机迎角、襟翼卡位和撞击位置等情形下的后缘内襟翼损伤情况及程度对比,进而得到在鸟撞分析过程中,各因素对于襟翼鸟撞结果的影响。研究结论对飞机结构的抗鸟撞研究有一定的参考价值。

基于LS-DYNA的45号钢铣削SPH算法仿真分析

基于LS-DYNA软件的SPH算法对45号钢的铣削过程进行仿真分析,得出45号钢在切削过程中的变形及切屑的形成过程,控制切削速度、进给速度、切削深度等参数,以求得切削参数对切削力的影响。

基于FEM/SPH算法的管壁效应对聚能射流影响的数值模拟

基于LS-DYNA 3D软件,应用SPH/FEM算法对聚能射流侵彻不同内径管状装甲的过程进行数值模拟。研究发现金属射流穿过装甲管时,部分射流粒子从主体逃逸;逃逸粒子飞溅至管壁后在管壁效应作用下,粒子向心反弹或沿管壁做向心运动,对后续射流产生持续干扰,使其失稳和断裂降低侵彻能力。对比同等厚度及间隙的双层靶板,发现管状装甲对射流的干扰明显优于间隙靶板。对比不同管径情况下逃逸粒子的飞散现象,射流的剩余动能及对后效靶的剩余穿深。结果表明:当管径在10~20 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐增强;在20~30 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐减弱,管径为20 mm时装甲管对聚能射流的干扰能力最强。得出的规律可以为管状装甲的优化和设计提供一定的参考。

基于SPH算法的机翼油箱晃动分析

飞机在飞行过程中的不同工况下,随着大展弦比机翼自身结构上作用的燃油载荷增加,结构壁板会发生翘曲或者下陷等变形,造成结构破损,导致一定的燃油泄漏,从而对飞行产生不利影响。文章以机翼油箱为计算原型,采用SPH算法进行流固耦合动力仿真分析充液晃动,判断是否存在漏油隐患及油箱结构是否满足强度及刚度设计要求。

SPH算法在unity3D的编程实现

Unity3D作为一款专业的成熟的跨平台3D游戏开发引擎。在虚拟仿真上有着其他3D软件无法替代的作用,尤其是Unity引擎下所支持的C#和Java Script两种编程语言及它所支持的几乎所有的美术资源文件格式。为创造出精彩的游戏和虚拟仿真内容提供有力的支持。SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics平滑粒子流体动力学)方法作为流体仿真方法,在流体灾害仿真领域有着广泛的应用,如洪水仿真,泥石流仿真等。文章把SPH算法的流体仿真应用到Unity3D中,使用Unity3D的C#编程与实现了水流体的运动仿真效果。

基于FEM/SPH算法弹丸侵彻多孔陶瓷板的数值模拟

基于军用人员运输和弹药运输车辆对小型动能弹的防护需求,多孔板作为新型防护装甲可以在保证防护作用的前提下实现装甲防护轻量化。关于陶瓷多孔板的装甲防护性能研究较少。基于LS-DYNA 3D软件,应用FEM/SPH耦合算法对弹丸侵彻不同形状(三角形、圆形、正方形)孔结构的AD95陶瓷多孔板进行了数值模拟。通过计算得出不同形状多孔板的相对防护系数,比较弹丸的剩余速度及动能,可以优选出防护性能最佳、质量更轻的多孔板。研究发现,圆孔板抗弹性能最优,并且FEM/SPH耦合算法能形象地模拟陶瓷的开裂、飞溅现象,与实际情况吻合更好。