[發(fā)明專利]一種基于有限元仿真的十字形傘多維度數(shù)值折疊建模方法

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• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN115795973A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊品;胡雪鵬;章琳玲;金樓;李輝;徐宏;吳銘;王強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 航宇救生裝備有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/10;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發(fā)明公開了一種基于有限元仿真的十字形傘多維度數(shù)值折疊建模方法，通過該方法可以實(shí)現(xiàn)接近真實(shí)初始折疊狀態(tài)的傘系統(tǒng)仿真模型建立，為下一階段較為真實(shí)的仿真再現(xiàn)十字形傘開傘過程和獲取設(shè)計(jì)需要的開傘過程數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)，用以確保十字形傘研發(fā)流程中實(shí)現(xiàn)快速迭代優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于十字形傘模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于有限元仿真的十字形傘多維度數(shù)值折疊建模方法。

背景技術(shù)

十字形傘是降落傘眾多結(jié)構(gòu)型式中的一種，具有工藝簡單、穩(wěn)定性好、開傘動(dòng)載小等優(yōu)點(diǎn)，常用作縮短飛機(jī)著陸滑跑距離的一種減速工具，近年來也用作空投海軍武器和低速下降的高空探測器試驗(yàn)的穩(wěn)定減速裝置。十字形傘的開傘過程包括拉直、充氣、穩(wěn)定三個(gè)階段，其中拉直和充氣兩個(gè)階段以流固耦合強(qiáng)非線性時(shí)變?yōu)槠渲匾卣鳎摃r(shí)段也是十字形傘重要特性參數(shù)諸如拉直力、傘形變化、傘衣所受應(yīng)力、開傘動(dòng)載、充滿時(shí)間等獲取的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元仿真精度的提高，獲取十字形傘開傘過程特性參數(shù)的數(shù)值解成為可能，可以克服試驗(yàn)研究中存在周期和經(jīng)費(fèi)的約束并解決部分試驗(yàn)參數(shù)獲取困難的現(xiàn)狀，并且可將結(jié)果在屏幕上顯示，直觀看到傘衣變形和受載過程。建立十字形傘折疊模型是十字形開傘過程仿真研究的重點(diǎn)。

在實(shí)際使用中，十字形傘各組件按一定程序連接，再經(jīng)過經(jīng)向折疊、緯向折疊后包裝進(jìn)傘包中，即遵循確定的包裝折疊流程，這也成為十字形傘開傘過程的真實(shí)初始狀態(tài)。目前國內(nèi)外關(guān)于十字形傘數(shù)值模擬研究領(lǐng)域的學(xué)者，普遍采用“☆”狀折疊(屬于傘衣經(jīng)向折疊)建模進(jìn)行傘衣充氣過程的研究，存在“充氣展開前傘衣模型為軸對稱結(jié)構(gòu)”和“傘衣初始狀態(tài)有一定的進(jìn)氣孔尺寸”等兩個(gè)假設(shè)，以此模型開展的仿真研究，雖然保證獲取的傘衣張滿狀態(tài)的平均開傘載荷和傘衣面積的準(zhǔn)確性，但傘衣和流場耦合過程中的形變過程與開傘動(dòng)載和真實(shí)狀態(tài)存在較大差異，也無法對傘系統(tǒng)拉直過程進(jìn)行研究。國內(nèi)也有學(xué)者采用直接折疊方法，針對圓形傘提出了基于初始矩陣修正的降落傘的“Z”狀折疊建模(屬于簡單的緯向折疊)方法，由于需要避免相鄰層傘衣在折彎處的穿透，使得其折疊密度比較低，與實(shí)際包裝時(shí)經(jīng)過密實(shí)的經(jīng)向折疊和緯向折疊相比，傘衣初始堆疊形狀存在明顯差異，必將對降落傘展開過程產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

為了克服目前十字形傘“☆”狀折疊建模形式與實(shí)際包裝狀態(tài)差距較大、無法完整獲取開傘過程特性參數(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種基于有限元仿真的十字形傘多維度數(shù)值折疊建模方法，通過該方法可以實(shí)現(xiàn)接近真實(shí)初始折疊狀態(tài)的傘系統(tǒng)仿真模型建立，為下一階段較為真實(shí)的仿真再現(xiàn)十字形傘開傘過程和獲取設(shè)計(jì)需要的開傘過程數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)，用以確保十字形傘研發(fā)流程中實(shí)現(xiàn)快速迭代優(yōu)化。

發(fā)明技術(shù)解決方案

一種基于有限元仿真的十字形傘多維度數(shù)值折疊建模方法，包括如下步驟：

步驟一，十字形傘幾何建模：按照十字形傘傘衣尺寸特征建立單個(gè)傘衣幅幾何面及集束形式的全部傘繩系幾何邊線模型；

步驟二，對步驟一建立的傘衣幅幾何面和傘繩系統(tǒng)幾何邊線結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分建立網(wǎng)格模型；

步驟三，對步驟二中的單個(gè)傘衣幅網(wǎng)格模型進(jìn)行經(jīng)向折疊，并通過復(fù)制、平移、選轉(zhuǎn)和節(jié)點(diǎn)縫合，建立完整傘衣經(jīng)向折疊網(wǎng)格模型；

步驟四，對步驟二中的傘繩系統(tǒng)網(wǎng)格模型和步驟三中傘衣的經(jīng)向折疊網(wǎng)格模型進(jìn)行傘衣和傘繩系統(tǒng)的緯向數(shù)值折疊建模；

步驟五：對步驟四獲取的十字形傘多維度數(shù)值折疊仿真模型的網(wǎng)格單元進(jìn)行修正；

步驟六：對步驟五獲取的十字形傘多維度數(shù)值折疊仿真模型進(jìn)行開傘驗(yàn)證，若出現(xiàn)因網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤合并導(dǎo)致傘衣不能張滿，則從步驟三重新折疊建模。

優(yōu)選的，步驟一中傘衣的幾何模型為平鋪面結(jié)果，傘繩的幾何模型為“集束”型拉直狀態(tài)傘繩系統(tǒng)的幾何模型且為幾何邊線結(jié)構(gòu)形式。