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腿式着陆器用泡沫铝和铝蜂窝缓冲器的仿真与试验研究

李萌  
【摘要】: 泡沫铝和铝蜂窝缓冲器具有比吸能大、工作可靠等优点,因此得到了广泛应用,铝蜂窝缓冲器多次成功应用于腿式着陆器中。对泡沫铝和铝蜂窝缓冲器,传统的研究方法主要以试验为主,耗时长、成本高。随着计算机计算能力的提高,数值仿真应用越来越广,为缩短腿式着陆器用泡沫铝和铝蜂窝缓冲器的研制周期、降低其开发成本,开展对腿式着陆器用泡沫铝和铝蜂窝缓冲器的仿真研究具有重要意义。 为了提高泡沫铝和铝蜂窝缓冲器的仿真建模效率,对前处理软件进行参数化建模二次开发。针对泡沫铝和铝蜂窝材料的结构特点,开发泡沫铝缓冲器压缩仿真、铝蜂窝缓冲器准静态压缩仿真、冲击载荷作用下的仿真、串联式铝蜂窝缓冲器冲击仿真共六个模块。实现两种缓冲器有限元分析模型的参数化建模,提高仿真效率,避免手动建模可能产生的错误。 采用LS-DYNA软件提供的Crushfoam材料模型对泡沫铝缓冲器进行压缩仿真,其优点是仿真计算速度快,它对于腿式着陆器的整体仿真具有重要的指导意义,但该仿真模型需要确定的参数多,且需要导入泡沫材料的应力-应变曲线。给出应用简化立方体模型对泡沫铝缓冲器进行压缩仿真的方法,并通过大量实验验证本文所给出仿真算法的正确性。 针对有限元分析计算量大的问题,基于铝蜂窝材料的对称性结构特点,对Y形蜂窝胞元进行压缩仿真,该仿真算法计算量小、具有较高的计算精度。为了提高仿真计算的精度,进行铝蜂窝缓冲器整体模型的压缩仿真,整体模型计算精度高,但运算量大、耗时长。铝蜂窝缓冲器通常需要进行预压缩处理以提高其缓冲性能,分别对预压缩处理后的Y形蜂窝胞元及整体铝蜂窝进行仿真计算。通过实验验证铝蜂窝材料缓冲器仿真计算的正确性。 腿式着陆器用缓冲器通常是一种多级组合式结构,分别以二级组合式泡沫铝和铝蜂窝缓冲器为例,对多级式缓冲器进行压缩仿真,为着陆器软着陆过程的仿真提供参考。


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