机翼鸟撞分析实例：应用SPH方法

模型描述：一只4lb（1lb=0.45359237kg）的鸟以100m/s的速度撞向机翼的侧面，使用的分析单位是长度（mm）、时间（ms）、重量（kg），如图20-6所示。

图20-6 机翼鸟撞分析

除SPH应用方法外，本教程示范了航空领域典型的鸟撞分析的全过程。另外，本教程示范的多层复合材料的定义和使用方法，也值得读者学习。

加载RADIOSS（Block）用户配置文件

（1）启动HyperMesh。

（2）从Preferences面板中选择User Profiles或者单击工具栏中的按钮。

（3）选择RADIOSS（Block110），单击OK。

导入模型文件

（1）单击工具栏中的按钮，选择bird_strike_wing.hm文件。

（2）单击Open。

创建鸟体的材料

（1）单击工具栏中的按钮，选中create面板。

（2）在mat name=中输入材料名为fliud_bird。

（3）选择type类型为HYDRODYNAMIC，选择Card image类型为MLAW6。

（4）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

Rho_initial=9.822e-7

C1=2.24

Pmin=-1E-4

（5）单击return退出。

创建蒙皮材料的应力--应变曲线

（1）单击下拉菜单XYPlo→Curve editor，弹出曲线编辑器。

（2）单击New，在Name中输入新建曲线名为6061T6，单击proceed。

（3）在Curve List，选中6061T6，在数值输入框中输入如图20-7所示的参数。

图20-7 需输入的参数

（4）选中Display，单击Update更新曲线。

（5）单击Close关闭曲线编辑器。

创建蒙皮材料

（1）在mat name=中输入材料名为Aluminum_6061T6。

（2）选择Type类型为ELASTIC-PLASTIC，选择Card image类型为M36_PLAS_TAB。

（3）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

Rho_initial=2.8e-6

E=68.26

Nu=0.33

Eps_t1=0.08

Eps_t2=0.12

Epsilon_F=0.13

N_func=1

I_func=1（选择步骤4中创建的曲线6061T6）

alpha1=0.001

（4）单击return退出。

创建肋板材料1（肋板由两种材料组成）

（1）在mat name=中输入材料名为Composite。

（2）选择type类型为ELASTIC-PLASTIC，选择Card image类型M25_COMPSH。

（3）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

Rho_initial=1.6e-6

E11=80

E22=7.5

Nu_12=0.28

G12=G23=G13=5

Sig1_yt=Sig2_yt=Sig1_yc=Sig2_yc=Sig12_yc=Sig12_yt=1e+30

（4）单击return退出。

创建肋板材料2

（1）在mat name=中输入材料名为Resin。

（2）选择type类型为ELASTIC-PLASTIC，选择Card image类型为M25_COMPSH。

（3）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

Rho_initial=1.35e-6

E11=E22=3.8

Nu_12=0.36

G12=G23=G13=1.397

Sig1_yt=Sig2_yt=Sig1_yc=Sig2_yc=Sig12_yc=Sig12_yt=1e+30

（4）单击return退出。

创建鸟体属性

（1）单击工具栏中的按钮，选中create面板。

（2）在prop name=中输入鸟体属性名字为SPH_Bird。

（3）选择type类型为other，选择Card image类型为SPH_PROP。

（4）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

Mp=1.725149e-4

Qa=2e-30

Qb=1e-30

H=6.286

（5）单击return退出。

创建蒙皮属性

（1）在prop name=中输入蒙皮属性名字为Skin_shell。

（2）选择type类型为SURFACE，选择card image类型为P1_SHELL。

（3）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

Ishell=24

N=5

Thick=2

Ithick=1

Iplas=1

（4）单击return退出。

创建蒙皮属性

（1）在prop name=中输入肋板属性名字为Rib_SANDW。

（2）选择type类型为SURFACE，选择card image类型为P11_SH_SANDW。

（3）单击create/edit，在卡片中输入以下参数：

N=10（10表示肋板由10层材料组成）

Thick=2

VX=2

Ithick=1

（4）按照图20-8输入蒙皮属性中的铺层情况，Phi1（i）为铺层角度，t1（i）为铺层厚度，m1（i）为铺层对应的材料类型。

图20-8 待输入的参数

（5）单击return退出。

把材料和属性赋予鸟体component

（1）单击工具栏中的按钮，选中update面板。

（2）单击comps，选中SPH_PART，单击select。

（3）双击property，选中SPH_Bird。

（4）双击material，选中Fluid_bird。

（5）单击update。(www.xing528.com)

把材料和属性赋予蒙皮component

（1）单击comps，选中sheet_metal，单击select。

（2）双击property，选中Skin_shell。

（3）双击material，选中Aluminum_6061T6。

（4）单击update。

把材料和属性赋予肋板component

（1）单击comps，选中Ribs，单击select。

（2）双击property，选中Rib_SANDW。

（3）双击material，选中Composite。

（4）单击update。

在机翼端面创建刚性单元

（1）在模型浏览器里选中component：Ribs，使用鼠标右键单击Make Current。

（2）单击1D--rigids，选中create面板。

（3）在nodes 2n选项中，通过倒三角形下拉箭头选中multiple nodes。

（4）在primary node选项中，通过倒三角形下拉箭头选中calculate node。

（5）勾选所有的自由度dof1～dof6，选择elem types为RBODY。

（6）选择如图20-9所示的节点（可以先隐藏component：sheet metal，方便选择）。

图20-9 选择节点

（7）单击create，创建刚性单元。

创建边界条件

（1）单击下拉菜单Tools→BC Manager。

（2）在Name选项中输入constriants。

（3）在Select type选项中选择Boundary Condition。

（4）在GRNOD选项，单击倒三角下拉箭头选择Nodes，并单击Nodes。

（5）在图形区域中选择约束点，如图20-10所示，并单击proceed。

图20-10 选择约束点

（6）勾选Tx，Ty，Tz，Rx，Ry，Rz，对该点全自由度约束。

（7）单击create创建约束。

（8）在Name选项中输入ini_velocity。

（9）在Select type选项中选择Initial Velocity。

（10）在GRNOD选项，单击倒三角下拉箭头选择Parts，并单击Parts。

（11）在图形区域选择鸟体，或者单击comps，选择SPH_PART。

（12）单击select。

（13）单击proceed。

（14）在Initial velocity components Vx中输入-100，保持Vy、Vz为0。这表明，鸟体的初始速度大小为100m/s，方向为负X轴方向。

（15）单击create创建鸟体初始速度。单击close，关闭BC Manager。

创建鸟体和机翼的接触条件

（1）选中Analysis面板，单击interfaces面板。

（2）选中create子面板，在name选项中输入bird_structure。

（3）选择type和card image类型为TYPE7。

（4）单击create创建接触对。

（5）选中add子面板。

（6）单击master倒三角下拉箭头选择entity，这时右边的elems高亮显示。

（7）单击elems，选择by collector，勾选sheet metal和Ribs两个component。

（8）单击select，选中这两个component的所有单元，也包含了刚体单元RBODY。

（9）在图形区域上右击刚体RBODY，把选中的RBODY单元去除，如图20-11所示。

（10）单击add。

（11）单击slave倒三角下拉箭头选择comps，这时右边的comps高亮显示。

（12）在图形区域中，选中鸟体的component。

（13）单击update。

（14）单击review，查看接触对，如图20-12所示。

图20-11 去除RBODY单元

图20-12 查看接触对

（15）再次单击review，还原视图。

（16）单击card image子面板，单击edit选项，并输入如下参数：

Idel=1

Stfac=0.1

Gapmin=1.5

（17）单击return两次退出到主面板。

编辑引擎文件

（1）在Utility浏览器中单击Engine File

（2）弹出Radioss Engine File Tool窗口。

（3）在GENERAL选项卡中，按如图20-13所示设置参数。

图20-13 设置GENERAL选项卡的参数

（4）单击Apply。

（5）在ANIM选项卡中，按如图20-14所示设置参数。

（6）单击Apply。

（7）在DT选项卡中，按如图20-15所示设置参数。

图20-14 设置ANIM选项卡参数

图20-15 设置DT选项卡参数

（8）单击Apply。

（9）在UNSUP选项框中输入/ANIM/VERS/44。

（10）单击Apply，再单击Close。

定义控制卡片

（1）单击Analysis→control card→MemoryReq。

（2）激活NMOTS，输入10000。

（3）单击return。

（4）单击ALE_CFD_SPH卡片。

（5）勾选ALE_SPHGLO选项。

（6）激活SPHGLO_Alpha，输入0.25。

（7）单击return两次退出。

导出模型

（1）单击工具栏中的按钮，在file中单击按钮，在弹出的选项框中选择保存路径。

（2）在name中输入文件名为BIRD_WIND，单击save。

（3）单击按钮，展开Export option。

（4）勾选Auto export engine file，使引擎文件和模型文件一并导出。

（5）单击export，导出模型文件好引擎文件。

使用RADIOSS Manager求解文件

（1）单击Start→Programs→Altair HyperWorks 11.0→RADIOSS。

（2）在input file，打开模型文件BIRD_WIND_0000.rad。

（3）在option选项中输入-both。

（4）单击Run，求解模型。