基于SPH水面弹跳仿真技术研究

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1、第45卷第6期2015年11月航空计算技术Aemn卸ticalComputingTechniqIleV01．45No．6Nov．2015基于SPH水面弹跳仿真技术研究王永虎1”，陈才华1，赵廷渝1，胡威1(1．中国民航飞行学院，四川广汉618307；2．西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：在ANsYs／Ls．DYNA显式非线性动力程序框架下，利用SPH无网格法进行水面弹跳数值仿真技术研究，重点分析了流体域边界处理对仿真结果的影响。首先建立刚性圆盘岫舀蚰数值模型，对于无限水域中的撞击区域采用SPH粒子进行模拟；然后分别采用不

2、处理边界、SPH．FE耦合域边界和对称面边界3种方法处理有限水域边界；最后通过对比分析物理图像流结果，分析边界处置对数值模拟水面弹跳行为的影响，并给出相应的建设性意见。结果表明，对称面边界处理方法可以大大节省计算成本，而Sf．H．FE耦合域边界设置是一种处理sPH粒子域边界的有效方法。这将对数值模拟譬如飞机水上迫降等跨介质运动提供一定的技术参考。关键词：水面弹跳；SPH法；边界处理；仿真技术中图分类号：’I甲244．4文献标识码：A文章编号：1671-654x(2015)06-o009-04AnmysisofDid娼SⅪ即i呜Based

3、蚰SPHMe帅dWANGYong—hul”，CHENCai—hual，ZHAOTing．)m1，HUW戗1(1．C矧A砌渤n死龇‰觇瑙渺旷mim，G眦啦肌618307，仍iM；2．＆危oDZ矿A咖m以泌，Ⅳo疗妇es抛mPo咖矗n池Z‰溉陋毋，尉7口n710072，仍i眦)Abstract：TheSIiHmeshlessmetllodisemployedtoachievenumericaLlsimulationofwaterskippingintheANsYs／LS—DYNAprogrammestnlcture，especiauyaIl

4、alyzingtIlee脆ctonsimulationresultsbyso啪dif-ferentboundaryconditionmetllods．Firsdy，waterimpactingstmcturew嬲modeledbyL卿gi粕metllodaIldnuiddomainforSPHmetllod．Andtlleboundaryconditionsweredeeplydiscussedbytllenon—treat-mentmetllod，SPH-FEcoupl咄骶at啪ntm出od，锄dt}le础【ectingpl蚰emet

5、hod．mmtllecont瑚tiVe蚰alysisforphysicalimage舱quences龃dresIllts，s砌econ蚰mctiVesu器estions0ftlleboundarycondi‘tionstreatⅡlentwere西venfortllenumericalsimulationofwaterimpactandair／watermotionandtllenair．cEmditching蛐ditsairwonlliIle鸥certification．r11leresultsshowedtllattllesyII皿

6、e田pl蚰eboundarymetllodc髓greadyreducetllecompu枷oncost，趴dt}leSPH-FEcoupledboundaryis粕如ctiVemet}l—odtodeal访tllSPHpaIticleno曲nitedomainbound撕es．Keywords：walterskipping；SPHmethod；boundarycondition；simulationtechnology引言结构物水面弹跳属于非常复杂的流固耦合现象，其研究对跨介质运动有着很广泛的参考价值，如弹跳水雷、飞机的水上迫降，反潜导

7、弹入水⋯、返回舱水面回收等。水面弹跳会引起结构物俯仰角速度急剧变化，稳定性变差，甚至可能造成结构损坏，仅仅开展试验研究势必会消耗大量资金，并且研究工况和结果较少，所以采用适宜的数值仿真技术来研究水面弹跳成为一种趋势，例如，水上迫降数值仿真得到FAR25部等适航条例的认可。先前任意拉格朗日欧拉(ALE)数值算法是处理流固耦合问题的一种首选方法”J。目前，随着SPH无网格法作为一种高效的数值方法，已经在流体力学领域得到广泛使用。利用LS．DYNA程序中的ALE和SPH两种方法对比分析圆盘水面弹跳现象，认为SPH法较ALE法更节省时间HJ。但

8、在类似水面弹跳数值研究所公开的资料里，几乎没有针对无穷域边界设置的详尽介绍和讨论H。5J。本文采用非线性显式动力有限元程序ANsYS／LS．DYNA完成圆盘收稿日期：2015一06—23修订日期：2015一