超高速下蜂窝夹芯板碰撞仿真技术优化与AN SYS应用

蜂窝夹芯板作为一种在航天器中广泛应用的特殊结构,其在超高速碰撞研究中面临着两个关键挑战。首先，蜂窝芯的几何建模过程复杂，因为其内部结构由众多小孔构成，这需要精细的几何描述和处理。传统的网格划分方法可能无法适应这种复杂性，尤其是当蜂窝芯层非常薄，为了保证仿真精度，如果采用相等的粒子间距，会导致粒子数量远超计算机计算能力的限制。 为解决这一问题，研究者徐小刚、黄海和贾光辉在2007年的《北京航空航天大学学报》上提出了一种创新的方法。他们利用参数化程序设计语言APDL（Automatic Program Generation Language）进行结构建模，APDL的优势在于其灵活性和自动化，可以高效地生成复杂的几何模型。同时，他们结合用户界面设计语言UIDL（Unified Interface Design Language），将APDL生成蜂窝芯的程序集成到ANSYS（一款广泛使用的有限元分析软件）的交互式界面上，这样可以方便快捷地创建出任意尺度的正六边形蜂窝芯模型，显著提高了几何建模的效率和精度。 在模拟方法上，他们采用了SPH（Smooth Particle Hydrodynamics，光滑粒子流体动力学）算法与壳单元相结合的方式。SPH适用于处理自由流动和非线性变形，而壳单元则用于模拟蜂窝芯的刚度和强度特性。这种方法确保了蜂窝芯在碰撞中的行为被准确模拟，而入射体和蜂窝夹芯板的前、后面板则采用SPH单元来处理高速冲击下的动态响应。 通过这种方式构建的模型，他们对蜂窝夹芯板进行了超高速碰撞的仿真研究，并将仿真结果与实际实验进行了对比。结果显示，仿真得到的后板破口尺寸与试验数据有良好的一致性，证明了这种方法的有效性和适用性。这一研究成果不仅提升了对蜂窝夹芯板在极端条件下性能的理解，也为航天器设计中的安全性评估提供了重要的数值工具，特别是在超高速碰撞事件中，如太空碎片撞击或微流星体防护方面。 这篇论文阐述了如何通过APDL和UIDL技术优化蜂窝夹芯板的几何建模，以及如何利用SPH与壳单元的结合有效地进行超高速碰撞仿真，为航天器材料的数值模拟提供了一种有效且精确的方法。这项工作的核心关键词包括：蜂窝夹芯板、超高速碰撞、SPH算法、ANSYS二次开发，以及相关的工程和科学分类（V414.5）。