储液容器跌落碰撞的并行仿真计算研究

基于多物质的ALE有限元法,应用通用动力学软件LS—DYNA完成了空投柔性储液容器跌落碰撞过程的数值仿真计算．容器采用Lagrangian描述,溶液采用ALE描述,容器与溶液间的耦合作用及容器与地面的碰撞接触均采用罚函数法得以实现．在分析空投容器力学行为的同时,对该问题计算的并行性进行了讨论．针对储液容器跌落碰撞过程中,即存在十分耗时的非线性流体与结构耦合计算又具有碰撞接触计算的特点,在递归坐标二分分区方法的基础上,提出了负载均衡的分区策略,通过程序实现该分区过程．结果表明,相对于坐标递归二分分区方法,负载均衡的分区方法使得各分区的负载更加均衡,具有更好的加速比与并行效率．     

基于并行算法的双层储液容器碰撞冲击响应分析

双层储液容器相比于单层储液容器在抗碰撞冲击方面有着更加良好的性能.采用多物质ALE有限元方法和流-固耦合均衡分区并行计算方法,模拟计算了单/双层储液容器在与地面碰撞冲击时储液容器的动态响应,仿真计算结果为双层储液容器的设计提供了参考依据.最后比较了坐标递归对分和流-固耦合均衡分区两种并行算法对并行效果的影响.结果表明,后者比前者有着更高的加速比和并行效率.     

组合柔性结构的结构特征对其变形特性的影响

对柔性铰链与杆组成的组合柔性结构的结构特征进行了研究,认为柔性铰链与杆二者的厚度比、长度比是影响组合柔性结构变形特性的两个特征参数.以一组不同结构尺寸的组合柔性结构为例,分别采用有限元法与伪刚体模型法对其变形进行对比,分析了组合柔性结构的厚度比、长度比对其变形特性的影响;根据特征参数不同取值对组合柔性结构变形特性的影响结果,对组合柔性结构进行了分类.     

储液罐子结构数值仿真分析

由于有限元仿真需要假设材料性能,难以真实全面的反映储液罐的地震响应;而振动台试验只能完成较小比例的模型试验,与储罐原型差距很大。为此,提出了储液罐子结构振动台试验方法。采用Malhotra力学模型,将储液罐划分为试验子结构(罐底和土体)和数值子结构(储罐和液体)两部分。试验子结构放在地震模拟振动台上进行试验研究,数值子结构部分由计算机进行模拟。仿真计算表明:储液罐子结构仿真结果与全结构的非常吻合,仿真计算的储罐基底剪力与规范算法接近。     

近场水下爆炸载荷对舰船结构的局部毁伤特性

主要采用任意的拉格朗日-欧拉（ALE）方法的LS-DYNA软件,对舱段结构在水下近场爆炸与水下接触爆炸情况下的毁伤特性进行研究.为验证该方法的有效性,首先运用该方法对TNT炸药在水下爆炸产生的冲击波峰值进行模拟,将模拟得到的仿真值与经验公式的计算值进行对比,从而验证该方法的有效性.运用该方法对平板水下接触爆炸实验进行验证,将模拟结果与试验结果进行对比,进一步验证ALE方法的有效性.最后,采用ALE方法分别对不同结构型式的舱段在水下近场爆炸与水下接触爆炸进行数值模拟,研究不同结构型式舱段结构在不同工况下的毁伤特性,定量分析破口大小与结构毁伤模式.      

储液罐的动力提离

本文提出了一种新的考虑了底板柔性和地基弹性的储液罐动力提离摸型,计算了储液罐在动荷作用下的提离历时形状,计算结果与文献中的实验结果相吻合。     

组合柔性机械臂抑振性能的仿真及实验研究

为抑制柔性机械臂的低频固有振动,该文提出利用组合结构滞迟阻尼效应来提高柔性机械臂的抑振性能.以单根叠层组合柔性机械臂为对象,通过有限元仿真和实验,对组合柔性机械臂的减振性、结构参数和预压力对其减振性能的影响进行了研究,并由仿真实验确定了组合柔性机械臂的动态恢复力曲线.研究结果表明:与实体柔性机械臂相比,组合柔性机械臂的抑振效果显著;确定合适的预紧力和结构尺寸参数可得到最佳的抑振性能;组合柔性机械臂-质量系统的固有频率不是一常量,其大小随振幅的减小而增大;组合层之间的相对刚度对其抑振性能有影响,减小相对刚度可提高其抑振能力.实验证明,该文采用的有限元仿真方法能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,可以代替实物实验确定动态恢复力滞迟回线,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计及运动控制研究提供了有效方法.     

滑模变结构控制在柔性机械臂中的应用

本文采用假设模态法,对带有末端荷载的柔性机械臂,推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限统一致线性化动力学模型。通过极点配置技术设计滑模超曲面参数,采用滑模变结构控制方法,实现关节转角的运动轨迹控制。采用ＬＱＲ方法设计弹性模态器,抑制由于刚体运动而激发的弹性振动。文中最后针对一单杆柔性机械臂进行了计算机仿真,验证了本文所提出的控制策略的有效性。     

基于CLE方法的有机材料对柔性摆动双翼性能影响研究

基于CLE方法(相容拉格朗日-欧拉方法)研究柔性摆动双翼的具体性能.首先,根据已有的经典翼型实验,建立了翼型结构和周围流体的有限元模型,在结果对比中,证明了采用该方法和模型得到的计算结果比二维无黏理论的计算结果更加接近实验处理结果.在此基础上,研究了有机材料对柔性摆动双翼水动力性能及结构动力响应的影响.与刚性翼型不同,采用合适的有机材料制造翼型结构,既有利于改善柔性摆动双翼的水动力性能,也可以降低其内部应力.     

旋转式压缩机储液器气流噪声的分析与抑制

为了抑制旋转式压缩机储液器的气流噪声,给出了不求解结构和声学方程,通过CFD方法求解储液器内流场和压力脉动.并通过理论分析来改善储液器.利用该方法将一台压缩机储液器的平口竖管变换成劈尖形状.数值计算表明,改进后储液器气流压力脉动和涡量强度均降低了,储液器结构特性和声学特性参数不受微小结构变化的影响.压缩机声学试验显示.改进后噪声降低了2～3 dB.     

基于LBE方法的驾驶室防护仿真

利用LS-DYNA动力有限元软件,分别用ALE(arbitary Lagrangian Eulerian)方法和LBE(load blast enhanced)方法模拟5种不同装药量下四边约束靶板的动态响应,并与试验进行对比验证LBE方法的正确性及优越性.基于LBE方法对某型车辆驾驶室在3种不同装药量产生的爆炸冲击波作用下的动态响应进行仿真模拟,得到驾驶室应力和节点位移云图,并与试验结果进行对比.结果表明采用LBE方法对驾驶室进行仿真所得结果与试验结果吻合较好,可应用于爆炸冲击波对车辆驾驶室的损伤仿真研究.      

水下爆炸载荷下充水多壳体结构动态响应计算方法

海军潜艇结构中,采用多壳体结构是一种新的结构设计形式.多壳体结构由轻外壳和多个耐压壳结构组成.当其遭受水下爆炸冲击时,由于舷间流体和多耐压壳结构的存在,使得冲击载荷的传播机理更加复杂,至今尚未建立合理可行的工程化方法进行描述.针对该复杂传播过程,在2阶双重渐进近似方法（DAA2）基础上,对内流场采用空化声学元（CAFE）,推导出其流固耦合控制方程,然后采用经典充水3维球壳问题进行验证,精度良好.最后,开展多壳体结构舱段动响应试验验证,分别从速度、加速度和冲击环境进行计算和试验数据比对,研究结果表明精度良好,验证了计算方法的正确性.      

爆炸驱动载荷下结构瞬态响应研究

展开型定向战斗部可以最大限度地提高空空导弹的终端能力,对目标实现最大的杀伤效能. 研究了一种可展开结构在爆炸驱动载荷下的瞬态响应,设计实验方案并进行了相应的静爆实验;利用DYNA 3D有限元程序对可展开结构进行三维建模,采用ALE流固耦合算法对炸药爆炸驱动载荷下结构展开过程进行数值模拟;比较实验与数值模拟的结果,验证了所采用的实验方案和相关数值模拟方法的可靠性,并为下一步研究提供支持.     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的ALE算法

采用LS-DYNA3D有限元计算软件中ALE算法描述对爆炸成型弹丸成型过程以及对45^#钢靶板的侵彻过程进行了数值模拟和分析。在模拟过程中考虑了空气的存在,计算模型同实际基本相符。通过模拟,证明了ALE算法综合了纯Langrange和纯Euler法的优点,为研究爆炸成型弹丸侵彻问题提供了一个新的研究方法。     

基于流固耦合的新拌混凝土流动及变形仿真方法

为了能更好地评估新拌混凝土的流变特性,通过流固耦合的方法对新拌混凝土进行建模和仿真.针对混凝土拌合物无自由边界和大变形的特点,采用ALE方法描述新拌混凝土拌合物,拉格朗日方法描述装盛混凝土的容器结构,结合罚函数法实现液态混凝土与结构间的耦合作用.分别对高性能混凝土和自密实混凝土的坍落度试验进行了模拟计算,通过与实测及已有文献的计算结果相比较,验证了该方法的有效性.     

柔性飘带长度对Ahmed模型气动阻力的影响

为降低汽车行驶过程中的气动阻力,以尾部倾角为25°的Ahmed类车体模型为研究对象,提出在其尾部垂直面下边缘添加不同长度柔性飘带的控制方法,采用格子玻尔兹曼方法与有限元分析相结合的流固耦合计算方法,探讨了柔性飘带长度对汽车气动阻力的影响。首先对汽车模型进行格子尺度优化,得到模型的空气阻力系数;然后研究了柔性飘带对汽车气动阻力的影响;最后对模型尾部流场、柔性飘带附近流场以及模型尾部表面压力系数进行了分析。仿真结果表明：在模型尾部添加适当长度的柔性飘带,改善了尾流结构,提升了尾部表面压力,减小了车体的压差阻力,减阻率最高为12.25%。     

触地爆炸土体弹坑的多物质ALE法分析

为了研究触地爆炸下土体产生的弹坑,在LS-DYNA软件框架内,提出了基于多物质ALE 法的岩土爆炸弹坑数值模拟方法。多物质ALE法综合了拉格朗日方法与欧拉法的优点,不但解决了拉格朗日法中材料的畸变问题,而且克服了欧拉法中移动边界描述得不准确的问题,而且容许在一个网格中包含多种材料。利用该法进行了岩土爆炸弹坑的数值模拟,在后处理中通过物质的流动状态来判断弹坑的形态,而无需通过单元删除或网格变形的方法。模拟结果与CONWEP程序计算值基本一致,弹坑的形成过程和最终尺寸都与客观规律吻合得较好,验证了多物质ALE法模拟岩土爆炸弹坑的有效性。     

某轻型车辆底部结构爆炸仿真与试验研究

以某轻型车辆为研究对象,在爆炸冲击作用下车身底部结构响应进行仿真与试验研究。采用任意拉格朗日—欧拉算法(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)对爆炸冲击作用下的板壳结构响应进行仿真计算分析。通过对比分析仿真结果与理论结果,验证了算法的准确性。根据某轻型车辆建立试验样车有限元模型,进行了爆炸仿真分析,研究其在爆炸冲击作用下车身底部结构损伤与车身底板结构响应。研究了试验样车爆炸试验方法进行了样车的实爆试验,验证了样车仿真的准确性,根据车身及底部结构损伤形态为后续整车车身设计提供合理建议。