基于 Ansys/LS-DYNA的缓冲气囊着陆过程仿真研究

目的以冲压式快速空投硬式气囊为研究对象,对气囊以特定角度着陆时的缓冲过程进行仿真分析。方法使用SolidWorks软件建立气囊的仿真模型,然后使用Ansys/LS-DYNA有限元分析软件,分别从气囊的材料定义、有限元模型的构建和仿真结果分析等方面进行仿真研究,并得出冲压式快速空投气囊着陆过程中应力应变的动态参数,以及货物和气囊的冲击加速度波动曲线。结果气囊在偏离竖直轴15°着陆缓冲过程中,在0.077 207 s时,地面与气囊的棱接触处受到的最大应力为1.47MPa,此时对应的最大应变为0.479 614 m。结论冲压式快速空投气囊在偏离竖直轴15°着陆时,气囊所受的最大冲击应力以1.47 MPa为标准,可更好地确定空投物体的质量,并且可以针对性地加强对气囊应力应变较大区域的防护,防止气囊在冲击过程中破坏。     

基于ANSYS/LS-DYNA的新型着陆缓冲气囊仿真分析

采用ANSYS/LS-DYNA对一种新型着陆缓冲气囊进行了仿真分析。采用C-V的气囊控制算法,分别从气囊的材料定义、模型构建和仿真结果分析等方面对整个着陆缓冲过程进行了全面的仿真,通过对结果的分析,验证了该气囊设计的冲击最大加速度为8.6 g,小于所设计通用弹药许用脆值,完全满足设计要求。     

冲压式空投气囊着陆缓冲性能仿真研究

目的 以冲压式空投气囊为研究对象, 对气囊的着陆缓冲过程进行有限元仿真, 以研究其缓冲性能。方法 使用SolidWorks软件建立了气囊和装备的几何模型, 导入到有限元分析软件Ansys/LS-DYNA中划分网格, 加载并进行求解, 并用后处理软件Ls-prepost对仿真结果进行分析, 得出了气囊的体积和压力变化曲线, 以及空投装备的位移、 速度和加速度的变化曲线。结果 气囊在着陆缓冲过程中的最大压力为0.198 MPa, 空投装备的着陆冲击加速度峰值为175 m/s（ 2 17.9g）。结论 空投装备的最大冲击过载是17.9g, 装备最大过载Amax＜允许过载20g, 气囊满足性能要求。气囊内压力峰值对于气囊的设计有重要影响, 以气囊峰值压力0.198 MPa为参考标准, 在气囊材料选取和气囊加工方面要确保气囊能承受相当的峰值压力, 以避免缓冲时气囊发生爆裂。     

着陆气囊缓冲过程数值模拟研究

目的 对某大型空降装备着陆缓冲系统的可排气型气囊缓冲过程进行数值模拟研究。方法 基于有限元方法, 建立着陆缓冲系统的有限元模型, 采用控制体积法, 利用显式动力分析软件LS-DYNA对着陆气囊的缓冲过程进行数值模拟, 分析了气囊缓冲过程中气囊内压、 气囊剩余高度和气囊排气速率等特性的变化规律, 以及气囊织布的弹性模量、 排气压力和排气口面积等主要参数变化时对气囊缓冲特性的影响规律。结果 对气囊的缓冲特性影响较大的参数为气囊的排气压力和排气口面积, 当气囊织布的弹性模量高于0.2 GPa时, 弹性模量的变化对气囊的缓冲特性影响较小。结论 研究结果可为工程人员进行气囊初始设计和对气囊缓冲过程进行模拟仿真提供参考。     

空投着陆缓冲气囊研究现状

目的总结当前着陆缓冲气囊的国内外研究现状。方法介绍不同缓冲气囊的工作原理与优缺点,总结解析与有限元2种气囊性能的计算方法与性能参数优化方法的研究现状,以及气囊技术研究的发展方向。结果分析了各类缓冲气囊与性能参数计算方法的优缺点,总结了气囊技术待解决的问题。结论提高缓冲气囊的气压主动控制技术与着陆姿态控制技术可进一步提高气囊性能。     

空投着陆气囊缓冲系统环境适应性研究

目的 研究在空投着陆过程中, 气囊缓冲系统的缓冲特性和环境适应性, 分析空投着陆环境变化对气囊缓冲特性的影响。方法 以热力学理论和刚体动力学为基础, 建立空投着陆气囊缓冲系统动力学模型, 以此为基础编写气囊缓冲特性计算分析软件; 针对某型主-辅囊结构气囊进行地面冲击试验,对比验证了计算模型的正确性。结果 空投着陆海拔高度为0, 3000, 4500 m时, 空投装备着地瞬间的着地速度分别为0.52, 0.96, 2.31 m/s, 随着海拔升高, 空投装备着地速度明显增大。环境温度、 大气密度和大气压力等参数对气囊缓冲特性的影响比较显著。结论 气囊缓冲系统的缓冲特性满足设计要求, 可适应海拔较高的空投环境。同一气囊系统在较高海拔环境中使用应充分评估其适用性和安全性, 避免空投装备着地速度较大而造成装备损坏。     

小型电子设备着陆缓冲气囊的优化设计

目的针对一种新型分离式飞行数据记录系统的着陆缓冲气囊外形进行优化设计。方法基于多岛遗传算法和近似建模法通过ISIGHT优化设计平台制定相应的优化流程,建立不同坠落姿态下气囊缓冲着陆过程的数学模型,并以电子设备过载为优化目标,对气囊的外形尺寸参数进行优选,从而得出相应的气囊外形设计方案。结果描述气囊缓冲着陆冲击过程的近似模型具有较高的可信度。基于近似模型的多岛遗传算法可提高在多初始坠落倾角下气囊外形尺寸的优化效率。相较于初始外形的气囊模型,经上述优化流程运算后得到的最优气囊模型在不同初始坠落倾角下的电子设备着陆冲击过载均有所下降。结论该研究的过程和方法对于开展轻小型设备缓冲气囊的设计和优化具有指导意义。     

缓冲包装跌落仿真误差分析

目的研究Ansys/LS-DYNA DTM模块跌落仿真分析与经典缓冲包装设计方法之间的误差,并分析阻尼及摩擦因数对仿真结果的影响。方法基于经典缓冲包装设计方法,分别设计线弹性与双线性材料为缓冲材料的产品-衬垫系统;利用Ansys/LS-DYNA DTM模块对线弹性与双线性缓冲材料的产品-衬垫系统进行跌落分析,对比分析理论设计与仿真分析结果。结果对于线弹性材料与双线性缓冲材料的产品-衬垫系统,Ansys/LS-DYNA DTM模块跌落仿真分析与经典缓冲包装理论设计之间的误差均在5%以内。系统阻尼的增加导致所受最大冲击加速度减小;摩擦因数对所受最大冲击加速度影响较小;线性粘滞系数的增加导致所受最大冲击加速度增加。结论对于一般的工程应用,Ansys/LS-DYNA DTM模块跌落仿真分析方法与经典缓冲包装设计方法之间的误差在允许范围内。     

吊灯灯罩纸浆模塑缓冲衬垫跌落仿真

目的验证纸浆模塑缓冲衬垫是否具有缓冲性能,能否有效保护产品不受损伤。方法基于吊灯灯罩与纸浆模塑衬垫之间的装配关系,以跌落冲击为环境载荷,采用Ansys/LS-DYNA软件进行高度为1000 mm的跌落仿真分析,获取纸浆模塑缓冲衬垫应力-应变云图、加速度响应曲线等动态特征和相关参数,以此分析吊灯灯罩纸浆模塑衬垫在整个跌落过程中的作用。结果纸浆模塑衬垫凸台发生了变形,作用力由纸浆模塑衬垫向灯罩扩散;整个模型重心点的加速度小于最低点的加速度;整个模型重心点和最低点速度与位移变化符合实际情况。结论纸浆模塑缓冲衬垫通过结构的变形和破坏来吸收外界冲击能量,以及延长作用力时间起到缓冲作用,能在物流过程中对产品进行有效保护。     

新型自充气式着陆缓冲气囊的理论分析与设计研究

目的针对目前着陆缓冲气囊充气展开方面的功能缺陷,设计研究一种新型自充气式气囊。方法详细论述气囊的结构及其自充气原理,建立气囊整体结构模型;分析气囊进气孔的结构和工作原理,并进行相关计算;最后理论分析气囊缓冲着陆过程及其缓冲性能。结果新型自充气式缓冲气囊展开时仅有1/6的体积需要自带气源充气,进气口结构能满足空投下落时气囊的自充气,实例计算得出空投载荷的最大冲击加速度只有60 m/s2,小于允许的最大冲击加速度。结论新型自充气式气囊能够大大减轻空投系统自身的重量,进气口结构能满足气囊功能要求,使空投物资受到的冲击加速度小于允许的最大值,气囊能对空投货物起到很好的缓冲保护作用。     

圆柱筒式空投气囊缓冲模拟

目的研究某空投缓冲系统圆柱筒式气囊的缓冲过程,得出缓冲特性曲线,并校核装备冲击过载。方法基于有限元理论,利用Ansys中的显示动力学分析软件LS-DYNA建立气囊缓冲系统的有限元模型,采用粒子法,对气囊缓冲过程进行数值模拟,并与传统气囊仿真所使用的控制体积法进行对比。结果经模拟得出空投着陆缓冲过程中气囊排气口打开时间为63.4 ms,缓冲过程中的最大过载为13.3g,获得了缓冲高度、货台加速度等特性的变化规律。将气囊缓冲特性与使用传统的控制体积法仿真的结果进行了对比,排气口打开时间误差为10.7%,最大过载误差为8.6%。结论 2种方法的结果对比一致性较好,验证了粒子法进行缓冲气囊模拟的可行性,同时使用圆柱筒式气囊缓冲的最大过载满足装备空投对过载不超过20g的要求。     

基于Ansys的缓冲材料结构单元

目的研究纸浆模、EPE材料的单元结构与组合结构,以提高其缓冲性能。方法通过Ansys仿真分析单元结构的静态压缩实验,对比不同材料结构单元在静载时的承载能力,在此基础上,建立产品缓冲结构单元模型,运用Ansys/LS-DYNA的Drop Test模块进行动态跌落实验,比较不同材料结构单元与缓冲性能,并通过试验验证。结果验证了组合结构在静载和跌落冲击时的缓冲性能优于单个缓冲结构。结论在缓冲包装中,通过优化缓冲结构单元可提高结构的缓冲能力。     

烟火式气体发生器燃烧过程的数值模拟和试验研究?

建立了理论模型模拟烟火式气体发生器的燃烧过程,基于质量守恒、能量守恒、气体状态方程、气体发生剂的几何燃烧规律以及小孔气体流量规律,还考虑了与过滤网以及壳体的散热损失,获得了数值模拟的内压曲线和压力罐曲线,并与试验结果进行对比分析,证实了模拟结果的准确性。结果表明:燃速压力指数越大,发生器达到最大内压的时间越短,最大压力越高;气体发生剂厚度越小,发生器压力上升越快,最大压力越高,达到最大压力的时间越短;装药量越大,发生器压力上升得越快,最大压力越高,达到最大压力的时间越短;排气孔直径越大,最大压力越小,达到最大压力的时间越长。为烟火式气体发生器的设计提供了理论依据。     

重型装备空投用连通型气囊缓冲特性仿真

目的为了探究连通型气囊在重型装备空投缓冲时的着陆缓冲特性,对其进行有限元建模及仿真研究。方法采用均压多腔室流动气囊模型理论建立装备-气囊系统有限元模型,通过显式非线性有限元方法模拟求解其跌落缓冲过程,并进行连通孔大小对缓冲特性的影响分析。结果随着连通孔面积的增大,各气室之间的内压差距变小,最大偏差从13.2%逐渐变小至0,加速度峰值从7.130g逐渐变小直至6.925g,但是总体上加速度峰值变化不大。采用连通型气囊能够实现与非连通气囊基本相同的缓冲特性,对于重心偏前的装备而言,为了避免装备俯仰过度,连通孔的大小不宜设置过大。结论该研究可为重型装备空投用连通型气囊的设计、改进提供理论基础和技术手段。     

冲压式快速空投硬式气囊缓冲技术研究

创新地提出了冲压式快速空投硬式气囊缓冲技术观点,采取冲压集气方式,借助于空投设备的飞行速度,直接从大气中获取工作能源。使用冲压式快速空投硬式缓冲气囊进行空投,缩短了空投时间,体现了快速空投的特点。     

缓冲特性可控的智能气囊装置实验研究

提出了一种可对气囊排气口进行实时主动控制的气囊装置，称为智能气囊。智能气囊是一种应用智能材料结构设计的智能缓冲构件，能在碰撞过程中实现主动缓冲，可使缓冲过载更为平缓。在对气囊内不可压流分析的基础上，推导了理想缓冲时排气口面积变化规律，并建立了主动缓冲模型。在此基础上设计了智能气囊实验装置，采用独立的传感、驱动、控制元件及气囊。驱动机构采用层叠电致伸缩驱动器设计．实验显示该机构具有良好的驱动性能；控制采用了一维的模糊控制方法。控与不控的对比实验证实了智能气囊装置具有主动缓冲功能。