[发明专利]一种基于索膜结构的翼伞雀降过程建模仿真方法

权利要求书

1.一种基于索膜结构的翼伞雀降过程建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：包括以下步骤：

步骤1，建立翼伞结构全尺寸几何模型；

步骤2，对翼伞结构全尺寸几何模型进行网格划分，得到翼伞结构网格模型；

步骤3，建立翼伞结构的动力学控制方程，赋予所述网格单元属性，其中，对翼伞结构全尺寸几何模型中伞衣部分选用薄膜单元，伞绳部分选用索单元，并采用罚函数法处理薄膜单元与索单元之间的接触碰撞问题；

步骤4，建立翼伞操纵绳双侧下拉动力学模型；

步骤5，建立流固耦合模型以及操纵绳下拉动力学耦合模型，进行翼伞雀降运动流固耦合仿真计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述翼伞结构的动力学控制方程为：

其中，ρ_s为翼伞结构的材料密度，σ_s为柯氏应力张量，f_s为作用在翼伞结构的外部力，u为翼伞结构质点的速度矢量，t为计算时间，为偏微分运算符号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述薄膜单元的本构方程为：

其中，ε₁为翼伞伞衣结构薄膜单元的纵向应变，σ₁为翼伞伞衣结构薄膜单元的纵向应力，θ₁为翼伞伞衣结构薄膜单元的纵向泊松比，E₁为翼伞伞衣结构薄膜单元的纵向弹性模量，ε₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的横向应变，σ₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的横向应力，θ₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的横向泊松比，E₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的横向弹性模量，ε₁₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的切向应变，τ₁₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的切应力，G₁₂为翼伞伞衣结构薄膜单元的剪切模量，α为翼伞伞衣结构薄膜单元的非线性系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述索单元的本构方程为：

其中，ε为翼伞伞绳索单元的纵向应变，σ为翼伞伞绳索单元的纵向应力，

E为翼伞伞绳索单元的纵向弹性模量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述采用罚函数法处理薄膜单元与索单元之间的接触碰撞问题，具体包括：

在每一个时间步长开始时，检查每一个从节点，如果从节点没有穿透主面，则不作任何处理；如果从节点穿透主面，则在从节点与主面之间增加一个接触力；

将计算时间t进行离散化处理，得到流固耦合仿真计算时间步长Δt，时间步长计算公式为：Δt≤Δtcr，Δtcr为收敛计算的临界时间步长，其中其中m为网格单元质量，k为网格单元等效刚度系数；

所述接触力的大小与从节点穿透的距离、主面的刚度成正比；

通过减小时间步长降低接触力F_s的振荡程度；接触力Fs计算公式为：

其中k_l为由材料属性决定的接触刚度，C为阻尼系数，d为接触位移；

接触位移d由结构节点与流场节点间相对速度进行计算：

d_t0+Δt＝d_t0+(v_s-v_f)·Δt，

其中d_t0+Δt为下一时间步的接触位移，v_s与v_f分别为结构节点的速度矢量和流场节点的速度矢量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4包括：采用置大数法对操纵绳下拉点引入位移边界条件，进行位移边界约束处理：设定给定节点的位移u_i为单元节点位移，为给定单元节点位移，在u_i所在行中，将结构刚度矩阵的主对角元素k_ij置入大数Z，同时将对应行的载荷项p_i用代替，从而得到翼伞操纵绳双侧下拉动力学模型。