實驗室周例會匯報

xxx實驗室匯報

（第xx周）@愛弄PPT的老范匯報人：XXX時間：XXX一、本周小結(jié)

第11周主要學習了兩個方面的知識：

一、LS-DYNA3D軟件學習：完成《LS-DYNA3D理論基礎(chǔ)與實例分析》第4、5、10章（

鳥撞飛機風擋實例、爆炸模擬實例）。

二、文獻閱讀：趙春來《基于DEM/FEM的越野車沙地行駛行為仿真評價方法研究》一、LS-DYNA3D軟件學習

1.鳥撞飛機風擋實例：應力云圖一、LS-DYNA3D軟件學習

2.爆炸模擬實例：。二、文獻閱讀小結(jié)基于DEM/FEM的越野車沙地行駛行為仿真評價方法研究1.目的意義2.研究現(xiàn)狀3.動力有限元基本原理4.顆粒離散元方法基本原理5.基于DEM/FEM車輪沙地行駛行為仿真研究6.離散元路面生成方法及沙地離散元模型7.改進的DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹9.總結(jié)和展望二、文獻閱讀小結(jié)1.目的意義目的：改善越野車在顆粒類松軟路面上的行駛性能。意義：為高性能越野車輛的開發(fā)提供重要的技術(shù)支撐；促進其在農(nóng)業(yè)機械化、軍隊高效摩托化、沙漠治理及資源開發(fā)、抗震救災、星球探測等領(lǐng)域的運用。二、文獻閱讀小結(jié)2.研究現(xiàn)狀■汽車地面力學的最終目標是建立車輛與地面特性間的相互關(guān)系，其研究方法包括：理論方法（不能有效地再現(xiàn)車輛松軟地面的行駛行為）、實驗方法（雖然可以再現(xiàn)車輛在松軟地面的行駛行為，但其成本高、周期長、不能深入分析輪胎與沙粒間的細觀作用，且對一些特殊環(huán)境難以進行實驗分析）、數(shù)值仿真方法（成本低、周期短、可深入研究輪胎-沙地間細觀作用機理）。二、文獻閱讀小結(jié)2.研究現(xiàn)狀■數(shù)值仿真方法包括：

有限元方法：該方法能夠合理模擬車輪行駛過程中路面的變形和破壞行為，但由于沙地具有典型的非連續(xù)介質(zhì)特性，純粹使用基于連續(xù)介質(zhì)理論的有限元方法不能合理描述其運動行為；

離散元方法：可以很好地描述散體顆粒路面的不連續(xù)性，但對于具有復雜結(jié)構(gòu)特性和力學行為的越野車充氣輪胎模擬較困難；

離散元與有限元耦合方法：既能準確模擬越野輪胎特性（復雜結(jié)構(gòu)、充氣輪胎變形等），又能合理仿真沙地的非連續(xù)性及輪胎與沙地的相互作用。二、文獻閱讀小結(jié)3.動力有限元基本原理■更新的拉格朗日格式（以當前構(gòu)型為參考構(gòu)型）質(zhì)量守恒：動量守恒：虛功率方程：邊界條件：初始條件：二、文獻閱讀小結(jié)3.動力有限元基本原理■八節(jié)點六面體等參單元（六面體等參單元具有計算精度高、且不要求形狀大小相同的優(yōu)點）節(jié)點坐標轉(zhuǎn)換公式：位移采用插值求解：有限元系統(tǒng)的質(zhì)量求解方程：該質(zhì)量矩陣稱為單元的一致質(zhì)量矩陣，為了提高計算效率、節(jié)省存儲空間，可采用集中質(zhì)量矩陣進行動力學計算（行質(zhì)量和法、對角質(zhì)量縮放法）。二、文獻閱讀小結(jié)3.動力有限元基本原理■有限元運動方程求解（）中心差分法求解運動方程：

由運動方程求解時刻的加速度，然后由右式求出時刻的速度，時刻的位移，然后通過運動方程求出時刻的加速度。

二、文獻閱讀小結(jié)4.顆粒離散元方法的基本原理■離散單元法的基本求解過程離散單元的運動受牛頓第二定律控制，該方法用于大變形、非線性大位移等動態(tài)問題：

球形離散元具有結(jié)構(gòu)簡單、便于建模、接觸判斷算法實現(xiàn)簡單等優(yōu)點，故采用三維球形離散單元描述沙粒的運動行為。

二、文獻閱讀小結(jié)4.顆粒離散元方法的基本原理■離散單元法的基本方程平動方程：轉(zhuǎn)動方程：

上述方程為二階微分方程，采用顯示中心差分法求解。在t時刻的加速度和加角速度如下：

經(jīng)過一個時間步長，可求在時刻的速度、角速度、位移、加速度等運動參數(shù)（步長由尺寸、物理限制）。二、文獻閱讀小結(jié)4.顆粒離散元方法的基本原理■單元間的相互作用力離散單元接觸形式采用接觸型（考慮單元間的彈性力和阻尼力）；為高效率實現(xiàn)單元間的接觸判斷及計算效率，本文采用空間劃分格子的C-grid方法；離散單元的作用力計算取決于單元間的相對速度和相對位移等運動參數(shù)。

二、文獻閱讀小結(jié)4.顆粒離散元方法的基本原理■單元間的相互作用力法向作用力(Hertz理論):切向作用力(Mindlin理論)：二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■離散單元與有限單元接觸算法該方法將離散單元視為“接觸從節(jié)點”，有限元的面視為“接觸主面”。接觸算法包括全局搜索和局部搜索兩個步驟，在局部搜索中，本文采用雙線性參數(shù)法（該方法在接觸點處構(gòu)造一個接觸面，該面即為接觸主面，通過求解偏微分方程組求得接觸點坐標，進而求得穿透量。在求解具有光滑幾何形狀的結(jié)構(gòu)和散體接觸時，具有較好的求解精度和計算穩(wěn)定性）。二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■離散單元與有限單元接觸算法點-面接觸及其判斷形式：二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■離散單元與有限單元接觸算法點-邊接觸及其判斷形式：若0<t<1,則發(fā)生接觸二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■離散單元與有限單元間的作用力計算離散元與有限元接觸模型：二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■離散單元與有限單元間的作用力計算離散單元與有限單元間的法向、切向力：二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■離散單元與有限單元間的作用力計算車輪的掛鉤牽引力N、路面豎直方向反作用力P及滑轉(zhuǎn)率s：二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■車輪沙地行駛行為仿真分析流程二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■車輪在規(guī)則排列離散元沙地行駛的仿真模型為了驗證三維DEM\FEM方法研究沙地行駛行為的正確性。為便于建模，模型中沙地采用密集規(guī)則排列的離散單元，土槽和車輪采用六面體有限元單元，不考慮車輪變形。二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■仿真結(jié)果(離散單元整體勢能、路面反作用力)驗證趨于穩(wěn)定狀態(tài)趨于穩(wěn)定狀態(tài)二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■仿真結(jié)果(路面反作用力)驗證路面反作用力趨于穩(wěn)定狀態(tài)，其均值維持在給定數(shù)值載荷1295N左右波動。二、文獻閱讀小結(jié)5.基于DEM/FEM的車輪沙地行駛行為仿真初步研究■仿真結(jié)果(掛鉤牽引力)驗證車輪掛鉤牽引力趨于穩(wěn)定狀態(tài)，其均值135N左右波動。二、文獻閱讀小結(jié)6.離散元路面生成方法及沙地離散元模型■初始離散元路面的生成方法（Han氏散體生成法）基于幾何方法的單元生成方法和C-grid接觸判斷方法結(jié)合起來形成新的散體單元生成方法，具體步驟如下：（1）初始生成（2）散體單元密實過程（3）初始生成產(chǎn)生空隙，為提高散體單元的體積密度，在給定范圍的任意方向上對已生成球體進行移動。二、文獻閱讀小結(jié)6.離散元路面生成方法及沙地離散元模型■初始離散元路面生成方法（分層生成方法）每次密實完成后，僅在新產(chǎn)生的空間區(qū)域中，重新生成散體單元并對新生成的單元進行密實。二、文獻閱讀小結(jié)6.離散元路面生成方法及沙地離散元模型■初始離散元路面生成方法（Han氏和分層法算例）生成相同單元數(shù)，分層生成方法比Han氏法效率更高，且隨單元數(shù)量的增加，計算效率改善更加明顯。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■改進的離散元與有限元接觸算法為提高計算效率，解決計算不穩(wěn)定問題，參照有限元計算中的局部搜索方法，采用面積坐標法求解接觸坐標。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

接觸算法的驗證（1）

驗證所開發(fā)的面積坐標方法求解接觸點坐標的準確性（三點彎梁在彈性范圍的沖擊算例）。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

接觸算法的驗證（1）Ls-dyna、迭代算法，改進算法計算結(jié)果較吻合，驗證了改進算法的準確性。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

接觸算法的驗證（2）驗證改進算法的計算效率方面的優(yōu)勢（上、下正對的兩個平板接觸算例）。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■接觸算法的驗證（2）改進算法的結(jié)算效率優(yōu)于迭代算法，且這種優(yōu)勢隨單元數(shù)的增加而愈加明顯。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

接觸算法的驗證（3）驗證改進算法在分析散體離散單元與非光滑表面接觸時的穩(wěn)定性（四棱柱貫入離散單元集算例）。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

接觸算法的驗證（3）離散單元受到棱柱作用力而被推開，與四棱柱發(fā)生接觸的單元有較大的位移，該現(xiàn)象與實際情況相符合。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

salve區(qū)域自適應更新方法定義一個較小的salve區(qū)域，且隨車輪的移動而移動，以減少參與接觸判斷的離散元數(shù)，提高計算效率。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

車輪沙地行駛行為仿真分析（仿真模型）（1）確認改進三維離散元和有限元接觸方法研究花紋車輪沙地行駛行為的可行性（硬路面和沙地）。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

車輪沙地行駛行為仿真分析（路面反作用力）（1）兩種車輪反作用力在1295N左右波動，沙地上，花紋車輪波動略大，由硬路面進入沙地時，產(chǎn)生較大波動。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

車輪沙地行駛行為仿真分析（掛鉤牽引力）（2）人字形和光面車輪掛鉤牽引力均值分別為180N和110N，其波動規(guī)律與路面發(fā)作用力相似。二、文獻閱讀小結(jié)7.改進DEM/FEM接觸算法及車輪沙地行駛行為仿真■

車輪沙地行駛行為仿真分析（輪胎下陷量）（3）車輪由硬路面進入沙地，由于路面承載能力突變，車輪下陷量迅速增大，隨后進入穩(wěn)定狀態(tài)，且人字形較大。二、文獻閱讀小結(jié)8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■

車輪沙地行駛的影響區(qū)域車輪對沙地的擾動存在一個影響區(qū)域，即在行駛方向后方和前方一定范圍外，可忽略車輪對沙地的影響，該區(qū)域大小與車輪尺寸、行駛速度、沙粒半徑等有關(guān)。二、文獻閱讀小結(jié)8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■

路面更替法基本原理隨車輪的行駛不斷刪除車輪碾壓過的沙地并在車輪行駛前方“鋪設(shè)”新的沙地路面，以控制沙地離散單元數(shù)量規(guī)模，提高計算效率。

二、文獻閱讀小結(jié)8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■

光面車輪在同種沙地離散元路面行駛的仿真算例初始路面與車輪模型。

二、文獻閱讀小結(jié)8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■

光面車輪在同種沙地離散元路面行駛仿真算例在沙地樣本結(jié)合點處，車輪路面法向反作用力等行駛行為參數(shù)未發(fā)生大范圍的劇烈突變，驗證了路面更替法對較長沙地路面模擬的可行性。

二、文獻閱讀小結(jié)7.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■

花紋車輪在細沙和粗沙路面行駛的仿真算例初始路面與車輪模型。

二、文獻閱讀小結(jié)8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■花紋車輪在細沙和粗沙路面行駛的仿真算例粗沙地上路面反作用力的波動大于細沙路面，主要原因可能是單元半徑影響了車輪行駛時的平順性，粗沙地平順性較差。

二、文獻閱讀小結(jié)7.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■花紋車輪在細沙和粗沙路面行駛的仿真算例由于細沙顆粒排列較粗沙緊密，不容易破壞，可提供較大的驅(qū)動力，另外，掛鉤牽引力值在粗沙路面波動較大。

二、文獻閱讀小結(jié)8.路面更替法及ORV-SAND軟件介紹■花紋車