有限元軟件在處理柔性索網問題的應用分享

具有無窮維的繩網在阻力環境下的運動狀態模擬在水下拖船、無人機上網體組件的構型質量等設計中具有重要的工程應用價值。

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許多學術文章指出采用流固耦合并不能得到一個較為滿意的結果。在《柔性繩索在空氣阻力作用下的動力學仿真研究》一文中,通過對ANSYS-LSDYNA的二次開發實現了單根繩索在空氣阻力下的運動過程(基于LINK167單元)。這種定義力學行為并加在仿真模型上的仿真方法多見于聯合仿真。

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其理論模型為:

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這其中涉及局部坐標和全局坐標的相互轉化、索單元空間姿態識別等問題。

LS-DYNA軟件也可用安全帶單元描述材料拉伸和回復時的力學特性。

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事實上,結合ABAQUS軟件中索單元二次開發的部分思想,依靠VUAMP等子程序也實現了繩網動力學仿真過程。我們推導了更優的理論模型,并通過了地面試驗驗證(最大偏差0.03s)。

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清華大學開發出非線性索單元,并在《空間飛網系統拋射參數優化研究》一文中展示如下:

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莊茁老師在《ABAQUS非線性有限元分析實例》一書中介紹了采用生死單元模擬索橋結構的工程案例。

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該書同時提供了UEL索單元子程序的實現案例,值得注意的是:ABAQUS中的自編單元并不能直接在后處理中顯示出來,也不支持接觸問題。

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2.png同時,采用VUEL也可自定義的三維桁架單元。

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除此之外,有限元軟件和控制理論的聯合仿真在處理多柔體動力學問題上也會迸發出一些奇異的火花,這部分有時間再介紹。

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對VUAMP實現過程的一點經驗:

機電一體化——ABAQUS VUAMP子程序加載關鍵技術討論

http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1192139

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