本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器防熱結(jié)構(gòu)燒蝕行為數(shù)值模擬方法研究

  更多相關(guān)文章： 數(shù)值模擬 有限元法 熱防護 單元重構(gòu) 燒蝕后退 運動邊界

【摘要】：飛行器高速穿越大氣層時,其表面結(jié)構(gòu)會受到嚴(yán)重的氣動加熱,需在飛行器外部進行熱防護,熱防護結(jié)構(gòu)會有不同程度的燒蝕發(fā)生。燒蝕引起的外形變化及其數(shù)值模擬,對飛行器熱防護結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的意義。常用的燒蝕型面后退模擬方法有：自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)、生死單元法等,但均有缺陷。自適應(yīng)網(wǎng)格能保證燒蝕表面的光滑,但僅適用于小燒蝕量模擬,當(dāng)燒蝕量較大時,網(wǎng)格嚴(yán)重畸變,會導(dǎo)致發(fā)散不收斂而計算中斷。生死單元法通過刪除單元來實現(xiàn)燒蝕后退,能模擬大燒蝕量問題,但計算出的燒蝕表面呈現(xiàn)凹凸鋸齒狀,致使二次載荷嚴(yán)重失真。本文基于ABAQUS,通過編程網(wǎng)格重構(gòu)實現(xiàn)熱防護結(jié)構(gòu)燒蝕模擬,程序通過不斷生成新的inp文件來實現(xiàn)燒蝕表面的連續(xù)退移。由每個時間步的熱分析結(jié)果算出燒蝕表面新位置,通過單元重構(gòu)、恢復(fù)邊界等技術(shù)重構(gòu)出新燒蝕表面,再施加新的熱載荷繼承上一步結(jié)果計算,依次循環(huán)。針對飛行器熱防護結(jié)構(gòu)的燒蝕問題,本文提出一種新方法用來實現(xiàn)模擬燒蝕后退問題。分別為六面體單元重構(gòu)技術(shù)與四面體網(wǎng)格邊界恢復(fù)技術(shù)。這種方法能夠準(zhǔn)確處理燒蝕移動邊界問題。不受燒蝕量大小的限制,且能保證重構(gòu)出的燒蝕表面的光滑均勻。六面體單元重構(gòu)技術(shù)根據(jù)單元節(jié)點的溫度狀態(tài)分成九大類,對每一類再細分情況,細分為多種情況,進行節(jié)點消除和重構(gòu)處理。對于非規(guī)則四面體網(wǎng)格,在生死單元法基礎(chǔ)上,生成新單元重構(gòu)新燒蝕型面。根據(jù)燒蝕后退率計算出處于燒蝕區(qū)域的網(wǎng)格單元,對橫跨燒蝕表面的單元進行溫度插值,布置新節(jié)點,并以此新節(jié)點作為重劃分基點,精確定位出燒蝕邊界表面。其次,用所提出的單元重構(gòu)方法對處于燒蝕型面附近的單元進行重構(gòu),進而準(zhǔn)確光滑均勻地預(yù)測出每一時間步長上的燒蝕退縮表面。除針對溫度準(zhǔn)則型燒蝕模型外,本文還提出了一種處理退移燒蝕型面的方法,通過生成“虛擬溫度”以重構(gòu)擬合,不但對凸表面,對凹燒蝕表面同樣適用。數(shù)值算例表明,本文方法及所編程序可快速實現(xiàn)燒蝕表面退縮全程的數(shù)值模擬,能模擬大燒蝕量問題,且所計算出的燒蝕退縮表面精確光滑均勻,便于和氣動熱分析軟件進行耦合迭代計算。此外,根據(jù)燒蝕特點,本文使用初始網(wǎng)格作為基礎(chǔ)網(wǎng)格,只對處于燒蝕表面區(qū)域的局部單元進行重構(gòu),其余部分網(wǎng)格不變,具有較高的計算效率。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V244.1

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉娜;楊慶生;黃yN豐;;碳/碳復(fù)合材料表面燒蝕多尺度粗糙度模擬[J];中國科技論文;2014年02期

2 楊德軍;李旭東;;燒蝕條件下C/C復(fù)合材料溫度場的數(shù)值分析[J];計算機仿真;2013年04期

3 丁寧;趙彬;劉志強;王富生;甘建;;復(fù)合材料層合板雷擊燒蝕損傷模擬[J];航空學(xué)報;2013年02期

4 宣佳鋒;羅積軍;徐軍;蔡創(chuàng);;基于ANSYS的激光對碳纖維復(fù)合材料作用的仿真研究[J];西安郵電學(xué)院學(xué)報;2011年S2期

5 胡良全;;輕質(zhì)防/隔熱功能材料現(xiàn)狀與發(fā)展[J];功能材料信息;2010年02期

6 黃友劍;潘世文;郭紅鋒;;網(wǎng)格重劃在汽車用橡膠制品設(shè)計中的應(yīng)用[J];橡膠科技市場;2008年04期

7 賀慶強;陳舉華;張勤河;劉克強;;基于網(wǎng)格重構(gòu)的H型鋼熱軋過程的數(shù)值分析[J];計算機仿真;2007年02期

8 尹健;熊翔;張紅波;黃伯云;;3D C／C復(fù)合材料的電弧駐點燒蝕及機理分析[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年01期

9 王臣;梁軍;吳世平;杜善義;;高溫?zé)g條件下C/C材料熱力耦合場模擬[J];復(fù)合材料學(xué)報;2006年05期

10 關(guān)振群;于文會;陳飆松;劉景鵬;;基于不可微問題優(yōu)化的四面體網(wǎng)格光順?biāo)惴╗J];機械工程學(xué)報;2006年09期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 楊德軍;防熱復(fù)合材料燒蝕行為的數(shù)值模擬[D];蘭州理工大學(xué);2013年

2 董亮;離心泵非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格生成及應(yīng)用研究[D];江蘇大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 盛國雨;基于徑向積分法的多邊形及多面體有限元方法[D];大連理工大學(xué);2015年

2 馬騰;自由曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 張羽;高超聲速彈丸氣動燒蝕數(shù)值模擬[D];南京理工大學(xué);2010年

4 齊恩伍;基于ESO法的循環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[D];上海交通大學(xué);2009年

5 楊晨;高超聲速飛行器的氣動燒蝕及內(nèi)部傳熱研究[D];南京理工大學(xué);2008年

6 姚從菊;再入飛行器燒蝕層內(nèi)熱質(zhì)傳輸過程的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

7 劉虎;基于特征約束的四邊形網(wǎng)格劃分算法研究與實現(xiàn)[D];南京航空航天大學(xué);2007年

8 呂紅慶;高超聲速飛行器氣動加熱及熱響應(yīng)分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

9 于文會;四面體網(wǎng)格光順?biāo)惴ㄑ芯考捌涑绦驅(qū)崿F(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2006年

10 呂麗麗;高超聲速氣動熱工程算法研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

，

本文編號：1276089