柔性織物折疊建模技術(shù)及展開過程數(shù)值仿真研究.pdf

1、隨著材料科學(xué)的迅猛發(fā)展,柔性充氣展開織物的力學(xué)性能大大提高,并憑借其折疊后體積小、重量輕、工作效率高的特點(diǎn)在航空、航天、兵器等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?？椢镎归_過程在表象上原理簡單,但實(shí)質(zhì)上卻是一個(gè)典型的流固耦合強(qiáng)非線性過程,往往是整個(gè)織物工作過程中最薄弱和最危險(xiǎn)的環(huán)節(jié),展開失效所帶來的后果往往很嚴(yán)重。本文主要對柔性織物折疊建模方法進(jìn)行研究,并對折疊織物充氣展開過程開展了流固耦合方法的數(shù)值模擬研究,研究結(jié)果和一些試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。

2、>　　折疊建模是研究充氣展開必須首要解決的關(guān)鍵問題,現(xiàn)有方法很難建立復(fù)雜折疊模型,本文提出了逆向折疊建模方法及實(shí)現(xiàn)逆向折疊建模的兩種方法:基于動(dòng)力學(xué)計(jì)算的逆向折疊建模和基于約束變形的逆向折疊建模。本文分別以這兩種方法對外形復(fù)雜,折疊方式特殊的某氣囊進(jìn)行了折疊建模,通過充氣展開模擬驗(yàn)證了本文提出的新型建模方法的可行性和準(zhǔn)確性。
　　折疊建模往往會(huì)產(chǎn)生誤差,基于幾何原理的傳統(tǒng)技術(shù)對誤差的修正效果有限,本文提出了基于有限元技術(shù)的初始矩陣

3、修正方法。通過這種修正方法,本文首次實(shí)現(xiàn)了經(jīng)緯向的降落傘折疊,同樣該修正方法還被用于其他折疊模型的修正上。通過對比計(jì)算驗(yàn)證了該修正方法的可行性和準(zhǔn)確性。
　　在完成柔性織物折疊建模和修正研究的基礎(chǔ)上,本文建立了基于非線性有限元理論的任意拉格朗日歐拉(ALE)流固耦合模型。開展了如下工作:(1)在無限質(zhì)量情況下,對降落傘進(jìn)行了充氣過程的三維流固耦合研究,獲得了豐富的傘衣結(jié)構(gòu)、流場結(jié)果信息。通過對數(shù)值結(jié)果分析和試驗(yàn)對比,總結(jié)了無限質(zhì)量

4、情況下開傘規(guī)律,并提出了在特定情況下,充氣過程中會(huì)出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象;(2)在有限質(zhì)量情況下,對美國 C9傘進(jìn)行了充氣過程的流固耦合研究,不僅得到了傘衣結(jié)構(gòu)和流場結(jié)果信息,還獲得了該型傘的氣動(dòng)減速特性,計(jì)算結(jié)果和塔架投放試驗(yàn)和空投試驗(yàn)進(jìn)行了比較,總結(jié)了有限質(zhì)量情況下降落傘從充氣到穩(wěn)降過程的變化規(guī)律;(3)針對不同的透氣性織物材料,開展了充氣過程的流固耦合模擬,研究了織物透氣性對減速特性的影響。
　　最后本文開展了繞透氣傘衣的CFD流