[发明专利]一种基于无网格流固耦合的降落伞分析方法

摘要

本发明公开了一种基于无网格流固耦合的降落伞分析方法，该方法首次利用SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）模拟风洞中恒速气流，并结合降落伞有限元模型进行流固耦合分析，有效解决了现有基于网格流固耦合分析方法计算效率低下和耦合信息无法实时交互问题。同时也解决了SPH无法模拟恒速风洞的难题。通过本发明可以获得瞬时伞衣结构和流场变化结果。本发明方法同样可以应用于其他工程织物的程织物的数值研究，对气囊、气球伞等充气织物展开过程数值研究提供了一种新的方法。

主权项

1.一种基于无网格流固耦合的降落伞分析方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，根据降落伞实物建立等比折叠状态有限元模型，其中，伞衣采用三角形单元划分，加强带及伞绳采用杆单元划分；步骤2，建立计算域和非计算域，定义计算域与非计算域相连的面为流场域进口，计算域中与流场域进口相对的面为流场域出口；步骤3，在计算域与非计算域内建立流场光滑粒子流体力学SPH粒子模型，其中，SPH粒子模型和降落伞网格相互穿插，且伞衣位于计算域内；步骤4，定义基于相对压力描述的气体状态方程，间接解决流场压力出口边界问题：其中，p为压力，γ为气体比热，ρ为密度，e为单位质量内能，ρ0为初始密度，pe为外界大气压力；步骤5，对非计算域的所有粒子施加速度条件，其值为风洞吹风速度，在流场域入口处获得恒速的粒子流；步骤6，定义计算域中除流场域入口、出口外的4个面为对称边界；步骤7，对计算域中的流场采用基于蛙跳格式的SPH方法计算，伞衣网格采用基于中心时间差分格式的有限元算法进行计算；流体与伞衣结构的耦合计算转化为基于罚函数的接触计算，计算域之外的流体粒子则不进行核函数近似计算；步骤8，根据步骤7计算出的结果对降落伞气动性能进行分析。