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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种基于SPH方法的飞机水箱投汲水数值模拟方法，建立飞机水箱几何模型，并进行几何清理和网格划分；在水域网格节点生成SPH粒子，并定义物理参数和状态方程；然后定义水箱材料参数，采用场函数近似法和粒子近似法构造SPH方程，采用对称罚函数算法处理流固耦合交界面并设置仿真模型的初始条件，以求得SPH粒子的场变量随时间的变化值，以有限元方法求解水陆两栖飞机水箱结构的变形和运动。本发明利用SPH方法在非线性大变形、复杂液体流动模拟等方面的优势来模拟水陆两栖飞机水箱投汲水过程，分析投汲水系统结构响应、载荷特性，研究水箱投汲水过程对飞机稳定性与可靠性的影响，为水陆两栖飞机水箱优化设计提供重要参考。

主权项：1.一种基于SPH方法的飞机水箱投汲水数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，依照真实结构，建立飞机水箱几何模型和水域，选用壳单元划分方法对飞机水箱几何模型进行网格划分，生成若干个壁面壳单元；选用实体单元对飞机水箱的水域进行网格划分，生成若干个水域网格；步骤二，在每个水域网格节点处生成SPH粒子，通过具有质量且占有独立空间的SPH粒子表示水域，粒子间不需要任何连接，排列方式也不受限制；根据水的物理参数，定义SPH粒子的物理参数和状态方程，状态方程选用M-G状态方程： 其中，参数p表示压强、ρ0表示密度、C表示常温常压下无扰动状态声速，μ表示冲击后粒子速度、γ0表示Gruneisen系数，a表示γ0的一阶体积修正系数，S1、S2、S3表示待定常系数，E表示初始单位体积内的内能增量；步骤三，根据实际工况要求，定义仿真模型中水箱弹性体部分及刚性体部分的材料参数；步骤四，采用场函数近似法和粒子近似法构造SPH方程，所述构造SPH方程的过程为：S1，场函数近似法，用积分表示法来近似场函数，得到核近似方程即： 其中，f为三维坐标向量x的函数，Ω为包含x的积分体积，Wx-x',h为光滑函数；S2，粒子近似法：应用粒子来对核近似方程进一步近似，为粒子叠加求和相对应的离散化过程，将任意排列的SPH粒子的离散化求和替代函数连续积分表达式，得到在粒子i处的函数，粒子近似表达式为： 其中，f为三维坐标向量x的函数，ρj为粒子j的密度，mj为粒子j的质量，Wij＝Wxi-xj，hWij为i处粒子的光滑函数；通过光滑函数对其影响域内所有粒子对应函数进行加权平均近似，得到i处粒子的所有函数值；每一个时间步都重复粒子近似过程；步骤五，采用对称罚函数算法处理流固耦合交界面，具体包括：定义接触参数，选择点面接触类型，当分析汲水过程时，流固耦合交界面处的SPH粒子穿透水箱结构，水箱结构壁面节点施加法向力以抵抗SPH粒子的穿透，力的大小与穿透距离有关；当分析投水过程时，舱门与下壁板之间建立转动副，以模拟投汲水系统时舱门开启的运动过程；步骤六，根据实际工况要求，设置仿真模型的初始条件，水箱投水过程为：水箱结构按特定工况运动，舱门以舱门转动轴为轴心，按给定角速度匀速转动，SPH粒子在重力作用下自由坠落并与水箱结构相互作用；水箱汲水过程为：水箱静止不动，SPH粒子束沿汲水口法向方向匀速运动，到达汲水口后，SPH将自由运动并与水箱结构相互作用；步骤七，进行质量缩放，对于小于指定时间步长的单元，通过增加非物理的质量，从而缩短仿真计算时间；步骤八，以显式积分法求得SPH粒子的场变量随时间的变化值；以有限元方法求解水陆两栖飞机水箱结构的变形和运动；检查是否出现SPH粒子穿透问题并分析计算结果是否合理，当出现SPH粒子穿透问题或计算结果不合理时返回步骤一。

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百度查询： 南京航空航天大学 一种基于SPH方法的飞机水箱投汲水数值模拟方法