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RADIOSS求解器的ALE流固耦合技术在客机水上迫降仿真分析的应用(一)

2014/12/5    来源:Altair    作者:张宁  索小争      
关键字:ALE  流固耦合  水上迫降  仿真  
本文基于民航适航条例的提出,以RADIOSS求解器进行某客机水上迫降仿真,采用了ALE(任意拉格朗日欧拉)技术来处理流固耦合问题。其中流体的力学性能和流固之间接触行为的准确建模对仿真结果的影响至关重要,借助RADIOSS求解器可方便高效的解决这一问题。

0 前言

    近年来随着交通运输业以及航空工业的稳步发展,飞机越来越多的被用作出行的交通工具。逐渐地,飞机的安全问题也成为民众的关注热点。众所周知,航空器一旦发生意外,往往会带来重大的伤亡事故,根据飞机的事故特点,国内外也相继出台了适航标准,其中有我国对运输类航空器的CCAR-25条例,对鸟撞、应急着陆、水上迫降进行了规定。和应急着陆不同,水上迫降时机身上的缓冲吸能部件难以起到有效的作用,大量的能量需要由机体结构来承受。文献采用RADIOSS的ALE与SPH技术应用到空客A321迫降仿真模型中得出结论,水上迫降要比应急着陆对机上乘员造成的伤害更为严重。对于飞机水上迫降问题,实验与理论研究逐渐被结合引入到有限元方法中,经过多年的工程验证与发展,有限元法其计算精度与计算效率得到了各行各业的认可。本文首先将以一个简单模型对比SPH、ALE、理论解、实验值的差异,最后以一个实例着重介绍ALE方法进行水上迫降的建模要点。

1 求解器介绍

1.1RADIOSS求解器简介

    Altair公司的RADIOSS模块是著名的通用数值分析求解器,该求解器以显式算法为主,兼有隐式求解功能,具有高效率、高可靠性、全面的材料与失效准则库等特点。包含ALE、SPH、FVM、CLE、X-FEM、AMS、Multi-Domain等技术,兼有CFD、CAA功能,尤其适用于解决结构的几何非线性、材料非线性和状态非线性等高度非线性问题,如碰撞安全、冲击、跌落、爆炸、鸟撞、液体晃动、迫降等非线性瞬态动力学冲击问题。接触算法方面,RADIOSS使用非线性罚刚度来避免其他显式求解器使用线性罚刚度导致的潜在接触刚度不足和接触失效问题。提供无与伦比的先进技术以帮助用户提高产品性能。

    在1987年,法国Mecalog集团推出了RADIOSS的第一个商业化版本,此后,RADIOSS被广泛应用于各行各业,获得广泛赞誉,并成为PSA和Ford汽车等公司首选的碰撞安全分析工具。2005年,用RADIOSS设计的二十二款汽车中,有九款获得了当年EuroNCAP颁发的最高五星安全评价,2006年,Altair公司收购了法国Mecalog集团及其RADIOSS软件。而现在,全球排名前十的汽车制造商中,有五家在使用RADIOSS进行仿真计算。

1.2RADIOSS的分析能力

    RADIOSS软件广泛应用于航空航天、国防工业、汽车、制造业、电子消费品、石油工业、建筑业等各个行业。AIRBUS、Boeing、EADS、Bombardier、Orbital、CONTOUR、OREGON AERO、NAL、DASSAULT AVIATION等公司都是RADIOSS软件的用户,其中EADS旗下的AIRBUS、Euro Copter等公司已经应用RADIOSS软件做了很多工作。这与它强大的分析功能是离不开的,典型的功能包括:

    ·显式瞬态动力学分析                ·光顺粒子流体动力学(SPH)

    ·隐式非线性静力学分析              ·任意朗格朗日欧拉(ALE)

    ·多物理场耦合分析                  ·计算流体动力学(CFD)

    ·带自适应网格的钣金冲压与回弹分析  ·计算气动声学(CAA)

2 SPH、ALE、理论解、实验值的差异性对比

2.1背景介绍

    为了查看不同算法的差异性,都基于Von Karman的经典入水理论模型进行建模,样机以一定的速度冲击水面,它的一部分动量转移到了临近的水上,样机的动量减少,速度也减少,遵循动量守恒。本文借助前处理软件HyperCrash,分别采用了SPH和ALE算法。并把两种仿真结果与Von Karman理论解、实验数据进行比较,此外还采用了不同的入水速度与不同的网格尺寸进行了差异性对比,模型如图1所示。

 图1 模型示意图

图1 模型示意图

2.2SPH模型

    三角形样机以15mm尺寸的壳单元进行网格划分,水使用36075个六角紧凑型SPH建模,样机分别以3.5m/s、6.7m/s、llm/s的速度入水,如图2所示。

 图2 SPH模型设置

图2 SPH模型设置

责任编辑:吴星星
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