水下柔性织物充气过程建模与仿真.pdf

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1、第33卷第8期2011年8月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．33，No．8Aug．，2011水下柔性织物充气过程建模与仿真张绳1，刘雄1，韩宗真1，余莉2，张亚雄1(1．武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064；2．南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016)摘要：柔性织物水下充气展开是一个小初容、大位移、强时变、非线性过程，其研究过程存在折叠建模困难、动态流场分析复杂等诸多难点，突破了分段逆向折叠建模、基于ALE的流固耦合、CAE／CFD动态流场混合分析等

2、关键技术，完成了柔性织物展开过程的数值模拟，通过试验数据与仿真结果的对比，证明了所采用理论方法的有效性，研究成果对水下柔性织物的设计和优化提供了理论依据。关键词：柔性织物；充气过程；LS—DYNA；FLUENT；建模与仿真中图分类号：TJ83文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)08—0049—04DOI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．08．011ModelingandsimulationofunderwaterflexibleclothinflationZH

3、ANGShen91，LIUXion91，HANZong．zhen‘，YULi2，ZHANGYa—xion91(1．WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute，Wuhan430064，China；2．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Na-jing210016，China)Abstract：Flexibleclothchargeexpandedness

4、isacomplexnonlinearprocesswithoriginalsmallcubage，greatdisplacementandstrongtimesensitivity，whichexistsmanykeypointssuch勰puckermodelingdifficultyanddynamicflowfieldanalysiscomplexity．Brokethroughkeytechnologiesofsubsectionconversepuckermodeling，hydro—soli

5、dcouplingbasedonALE，CAE／CFDdynamicflowfieldmixedanalysis．Finishednumericalsimulationofflexibleclothchargeexpandedness，andprovedthevalidityoftheoryadoptedthroughcomparingtestdatawithsimulateddata．Thestudyresultsprovidetheoreticalguidanceforthedesignandopti

6、mizationofunderwaterflexiblecloth．Keywords：flexiblecloth；inflationprocess；LS-DYNA；FLUENT；modelingandsimulation0引言折叠织物充气展开装置由于具有非常小的储存空间、低廉的成本优势、高效的工作效果，在航空、航天、航海、兵器、救生等诸多领域得到广泛应用，如汽车用安全气囊、航天器着陆缓冲气囊、水上漂浮气囊、船舶下水滑道气囊、空间充气展开结构。目前在国内外，织物展开的仿真计算方法主要有多体动力学法和动态非线

7、性有限元法。多体动力学法建模和计算较为简单，但是精度不如非线性有限元高，只输出位移速度、加速度等结果，该方法在研究展开过程动态响应上有较多应用。动态非线性有限元法主要分CV(ControlVolume)法和ALE(ArbitraryLagrangianEulerMethod)法，适用于计算各种充气展开过程中结构的变形、各部分的速度和加速度值、能量、动量以及应力应变的分布情况，其结果精度高、计算量大但对硬件要求高。随着计算机硬件技术的发展，对织物展开的研究越来越偏向用非线性有限元方法。目前，对大变形折叠织物

8、快速充气过程进行数值模拟的主要难点在于：1)柔性织物空问褶皱问题的建模及数值方法没有得到很好地解决，当出现松驰单元时，结构计算难收稿日期：201l—06—23作者简介：张绳(1973一)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向为装备论证。．50．舰船科学技术第33卷以收敛：2)复杂折叠织物模型仅仅考察耦合而的位移和速度，无法得到织物的庖力、应变情况；3)绕变形物的流场行为带有高非定常性和强非线性，同刑经历的材料非线性、几何非线性的