基于CEL方法的结构体入水数值仿真

(a)0.2s时刻
(b)ls时刻
图2不同时刻结构体入水效果
[专家视角[I
图3为结构体重心垂直方向的位移变化曲线，可以看 出，随着结构体入水，结构体的动能逐渐减小，重心位移趋 于稳定。
图3结构体重心位移变化曲线 三、结语
直升机迫降着水属于复杂的流固耦合冲击动力学问
题，本文基于ABAQUS耦合的拉格朗日欧拉算法(CEL算 法),对典型结构体入水冲击进行仿真计算,得到与“打水漂” 试验相似的试验结果，结构体重心位移的变化趋势表明了 CEL算法模拟结构体入水冲击模拟是可行的。
(上接第6页)充分发挥市场的作用，以确保对外贸易产业的 健康平稳发展。具体来看，政府在对外贸易产业升级环节， 需要结合山东省本土产业在市场优势，依托国际市场的基 本原则与主要政策特点,借鉴欧盟的经验做法，对外贸出口 产业开展合理的宏观调控,为对外贸易企业提供各类产业资 讯、时法律援助等相关服务。同时适当减少财政补贴的力 度，以此倒逼对外贸易企业进行自我革新，实现竞争力的稳 步提升，更好地适应国际市场的变化，增加市场份额，以实 现山东省外贸行业良性向上循环发展，带动山东省外贸产 业升级与革新。
关键词:CEL方法结构体数值
当前，国内直升机应急着水载荷主要通过试验来验证，
由此而带来的问题是成本增加，研制周期加长。随着现代计
算机技术的不断发展，利用计算机数值仿真方法模拟水上
迫降已经在国外得到应用，而国内目前还没有将仿真技术
应用到实际的型号设计中,仅靠不断的试验迭代，难以满足
当下的设计需求。
直升机水上迫降问题属于典型的流固耦合问题,流固耦
山东省对外贸易产业的升级，要求相关主体通过对各 类贸易政策进行深入分析，充分剖析山东省对外贸易结构 单一等特点，扎实立足自身优势，在明确对外贸易短板的同 时，积极推动对外贸易产业的过渡与转型，不断探索市场发 展新路径，逐步形成全新贸易业态，在保持对外贸易平稳发 展的同时，增强贸易行业竞争力,实现山东省对外贸易产业， 从量变到质变的快速革新，最终能够在对外贸易市场中脱 颖而出。
［专家视角
基于CEL方法的结构体入水数值仿真
文/中国直升机设计研究所曹栋波
摘要：由于直升机具有灵活起降、空中悬停、低空飞行 的特性，被广泛应用于执行海洋国防、海上救援、海上勘测等 任务，然而直升机水上迫降事件频繁发生。据统计,200—2012 年间，美国共发生97起直升机海上迫降和坠毁事件，共计486 人遇险,159人遇难，如果直升机失事后,在空中能以较好姿态 和较小的冲击载荷着水，并能够稳定漂浮在水面上，就可以为 机组人员提供足够的逃生时间,从而减少人员伤亡。
对结构体入水理论分析方法研究最经典的理论是Kar­ man 的水上飞机着水问题，通过楔形入水来简化飞机着水 问题，可以非常方便地使用方程对理论过程进行描述，从而 得出有效的结论。
本文以Karman简化楔形体入水过程为参考，研究基于 CEL的结构体入水数值仿真模拟方法。
(-)有限元模型 有限元模型包括楔形体及水域，楔形体采用离散刚体， 水域为Im X 5m X 0.5m的长方体，采用六面体的欧拉单元, 因为楔形体入水后会引起溅水，因此设置水的初始域，水深 为0.3m,楔形体在初始水域上方0.1m处，有25m/s的初始 速度，模拟直升机失事时的前飞速度，如图1所示。
PoCo2(1 - p/Po)
P= (1 —S (1 - p/p0))
「°(l_P/Po>
2
)
|
「o
-p/Po)
在ABAQUS中通过定义Po、co、s、来定义水介质
的状态方程,其中，
0，—参考密度；
P—材料密度；
co—声音在水中的传播速度；
s—线性冲击波波速与粒子速度的关系系数； 几一常数；
P•—水的动力粘度系数。
外贸易企业在发展的过程中，应当结合实际,进行产业业态 的转型，通过技术创新能力的提升，以保障对外贸易的不可 替代性，实现产品市场占有率的逐步增加。例如，在农产品 岀口贸易中，通过技术深耕，实现农产品品质的提升，打造 定制化农业生产模式，根据不同市场的消费需求。同时，转 变思路与方法，采取技术优化的方式，对产业模式做出升 级，开展农产品深加工，逐步形成特色品牌，以品牌优势形 成稳定的消费群体,以保障市场占有率。 四、结语
取真实水的状态方程基本参数P=9.832 X lO^g/m1,
q,= 1.483X 103m/s, s=0, r„=0, p.= 1 X 10''Pa-s
通过EVF (欧拉体积分数)工具来定义欧拉材料的流动区
1 4 中国科技投资 CHINA VENTURE CAPITAL
域，欧拉材料可以在该区域内流动。通过计算每个单元的欧拉 材料体积百分比,来表示欧拉材料的移动轨迹以及自由液面。 二、典型结构体入水数值仿真
图1仿真模型 楔形体采用铝，基本参数为p=2.7X10'kg/n?,E=72GPa, u 二 0.33。 取真实水的状态方程基本参数P=9.832 X lO^g/m5, q>=1.483 X 10'm/s, s=0, ro=0, 1 X 10'Paso 通过VFT工具创建离散场，定义水的流动范围，再通过 预定义场，定义水的初始液面位置。为整个模型施加一般重 力场，设置自由流入和无反射流出边界条件，采用通用接 触,设置接触属性为法向可分离，接触面的切向摩擦系数取 一般的0.1,计算时间2s内结构体入水效果。 (结二果)分析 计算完成后，可以在ABAQUS的Visualizadon模块中， 查看结构体入水的结果，如图2所示。本次分析时间为2s, 分析步长为0.2s,从结果可以看出，结构体在0.2s时已经入 水,Is时已经在水的作用下弹出一段距离，且水在结构体的 冲击作用下，有了明显的水坑，这种现象与我们平时的“打 水漂”结果相符，间接说明了仿真结果的有效性。
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CHINA VENTURE CAPITAL 中国科技投资| 15
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模拟相互作用，从而实现流体与固体的耦合，通过有限差分法
求解带有移动边界的二维流体动力学问题，能够很好地解决
复杂流固耦合和大变形问题，这就是CEL方法的核心思想。
在ABAQUS中‘Explicit显示动力学分析模块，通过定
义状态方程(EOS)可以对流体域进行模拟,一般通过设定线
性Us —Up Hugoniot形式的Mie — Gruneisen状态方程来描 述水介质的体积响应。状态方程为：
合问题涉及大貳的非线性求解，而ABAQ为 载体，基于耦合的拉格朗日欧拉方法进行典型的结构体入
水仿真模拟计算，为后续直升机模型模拟迫降入水，提供仿
真方法依据。
—、CEL方法 结构体入水冲击问题属于典型的流固耦合问题，在
ABAQUS中,对结构体采用拉格朗日方法划分网格，对流体域 采用欧拉法划分网格，流体域与结构体之间通过定义接触来
(-)有效发挥行业协会的积极作用 山东省对外贸易发展的过程中，要逐步重视起行业协 会的积极作用，通过产业集群优势的整合、发掘，强化对外 贸易的竞争力，形成内部资源的有效共享。基于这一目标， 在对外贸易行业协会的创设与运行的过程中，企业作为行 业的主体，需要在国家法律法规的框架下，制定相应的行业 协会规范,对行业协会的日常运行方式进行适当引导，以保 障行业协会的正常有序运转。例如，行业协会定期举行座谈 会、经验交流会等,通过这种方式，逐步提升企业管理者的 格局，准确把握国际市场的相关信息，并结合自身的实际， 灵活进行调整与应对，防范国际贸易市场风险的出现，确保 对外贸易的正常进行。行业协会的成立和运转，在很大程度 上强化了内部信息共享的能力，以行业协会为平台，对外贸 易企业不仅掌握各类市场信息,还可以促进行业标准的确立, 实现对外贸易的规模化与标准化。 (强三化)产品与服务创新能力 考虑到山东省对外贸易产品，主要集中于劳动密集型 产业和农产品，其可替代品较多，导致产品竞争力相对较 低。在这种情况下，为保障对外贸易竞争力的稳步提升，对