(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211266072.1 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210007 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 陈吉昌　李乐　童明波　张恒珲　 卢志伟　 (74)专利代理 机构 南京正联知识产权代理有限 公司 32243 专利代理师 张玉红 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06T 17/20(2006.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水 数值模拟方法 (57)摘要 本发明涉及航空航天领域， 公开了一种考虑 柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其先对弹体各部件进行网格划分； 然后生成水域 SPH粒子； 定义弹体模型的相关参数， 并配重和模 态验证； 定义水体SPH粒子的状态方程、 材料参 数； 再定义弹体 ‑水体的耦 合参数和控制参数； 最 后借助显式中心差分时间推进的方法， 实现水体 的流动变形、 弹体 ‑水体间的相互作用以及弹体 的结构变形和各部件之间传力形式的仿真求解。 本发明与现有的数值模拟方法相比， 较为全面的 考虑了弹体内部结构的传力和变形， 能快速、 准 确的求解弹体入 水过程中不同截面的内力， 为弹 体的结构强度性能分析提供技 术支持。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115544663 A 2022.12.30 CN 115544663 A 1.一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其特征在于， 所述方法步 骤为： 步骤1、 根据弹体结构分布， 对弹体各舱段进行网格划分， 构建弹体全舱段的网格模型； 步骤2、 根据实际工况， 预估弹体水域工作 段大小， 建立水域实体单元网格； 在每个水域 实体单元网格的质心处生成S PH粒子； 步骤3、 将弹体的网格模型导入到有限元求解软件中， 定义弹体模型的单元厚度、 材料 参数、 接触参数， 对各舱段配重， 得到所建弹体模型的质量及转动惯量； 步骤4、 定义水体S PH粒子状态方程、 材 料参数， 并初始化水域； 步骤5、 定义弹体 ‑水体模型的耦合参数和控制参数， 并根据不同工况定义弹体的初始 位置及初始运动参数； 步骤6、 采用显式 中心差分时间推进的方法， 实现弹体入水 数值求解， 并输出计算结果。 2.根据权利要求1所述的一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其 特征在于， 步骤1中， 所述 弹体包括外舱和内舱， 外舱和内舱之间通过连接件连接； 将 外舱和 内舱均划分为多个舱段， 对所有舱段及连接件分别进行网格划分， 全面建立弹体的网格模 型结构。 3.根据权利要求2所述的一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其 特征在于， 步骤2中， 根据工况需求， 定义 弹体水域工作段水体的长度、 宽度、 高度， 建立水域 实体单元网格， 所述水域立方体网格的尺寸与弹体外舱网格尺寸相 近， 在每个实体单元网 格的质心处生成S PH粒子， 删除原本水域实体单 元网格。 4.根据权利要求1所述的一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其 特征在于， 步骤3中， 对外舱和内舱的各舱段的质量分别进行配平， 以使每一舱段的质量分 布符合真实物理情况； 已知每一舱段为对称式布局， 配重前后质心均在弹体中轴线 上， 假设 通过若干中轴线上的质点进行配平， 于是， 配平方程有： 式中， n为配重点的个数； mq、 mh分别为配平前后的舱段质量； xq、 xh分别为配平前后舱段 质心距弹体头部的长度； Iq、 Ih分别为配平前后舱段绕质心在俯仰方向旋转的转动惯量； mi 为第i个配重点的质量； xi为第i个配重点距弹体头部的长度； i取值范围1～n， 且i为正整 数。 5.根据权利要求4所述的一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其 特征在于， 根据不同舱段具备的内部元素对各个舱段规划配重点数量， 其中， 针对具有大质 量大体积 内部载荷的舱体， 首先均布分布若干个等质量的配重点， 在等效其内部载荷的质 量分布后再代入方程进行其他配重点的求解； 针对具有集中质量内部载荷的舱体， 首先通 过单个配置点， 等效其内部载荷的质量后再代入方程进行其 他配重点的求 解。 6.根据权利要求5所述的一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其 特征在于， 通 过配平方程求解其他配重 点， 方程中未知数有mi和xi， 当配重点个数越多， 其 未权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544663 A 2知数越多； 当其他配重点个数为1时， 未知数数目少于方程数， 且方程组化简后各方程之间 线性无关， 该方程组无解； 当其他配重点个数大于1时， 未知数数目大于方程数， 方程存在无 数组解； 因此为简化方程的求解流程， 假设仅存在2个额外的配重点， 于是根据配重点的物 理性质， 有不 等式： 式中， xt、 xw分别为舱段头部、 尾部截面据弹体头部的长度； 由此， 在满足上述不等式情 况下求解配平方程； 对配重完的弹体模型进行模态计算， 输出不同振型， 与真实模型模态进行对比， 验证配 重方案的准确性。 7.根据权利要求1所述的一种考虑柔性弹体多舱段连接的弹体入水数值模拟方法， 其 特征在于， 步骤5中， 根据不同工况， 将弹体的初始位置移动旋转到新位置， 以接近水面上 方， 并根据运动方程求解新位置处的弹体质心速度； 已知t ＝0时刻下弹体质心 位置、 弹体俯 仰角以及质心速度， 弹体未接触水面时仅受重力作用， 有： 式中， h0为初始工况给定 弹体尾翼末端距离水面高度； ht为弹体移动旋转至目标位置后 尾翼末端距离水面的高度； l为已知质心与弹体尾部的轴向距离； θ0为初始工况给定弹体的 俯仰角； ω为初始工况给定弹体的俯仰角速度； g为重力加速度； v0z为初始工况给定弹体的 竖直方向速度大小； t为弹体从初始位置运动到新 位置所需的时间； 求解上述方程， 得到t； 根据速度方程 求解新位置处弹体质心的速度， 有： 式中， vc为新位置处弹体质心的速度矢量； v0为初始工况给定弹体的速度矢量； 为重力 加速度矢量， 竖直向下； 通过速度转换公式， 根据质心处运动速度定义每一个舱段的初始运动状态， 方法如下： 式中， vi为待求舱段i质心处的速度矢量； vc为给定弹体质心处的速度矢量； lci为已知位 移矢量， 方向从弹体质心指向舱段i质心， 大小为弹体质心到舱段i质心的距离； ωc为给定 弹体质心的角速度矢量； ωi为待求舱段i质心处的角速度矢量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544663 A 3