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汽車座椅SPH粒子模擬方法在碰撞中的應(yīng)用

2021-03-08 20:53:46·  來源：汽車碰撞安全仿真在線  
　
SPH粒子特點 SPH 的全稱是光滑粒子流體動力學(xué)—Smoothing Particle Hydrodynamics，該方法最初應(yīng)用于天體物理學(xué)領(lǐng)域，用來模擬非對稱物理現(xiàn)象。由于其穩(wěn)定性和預(yù)測性較好，所以逐漸擴展應(yīng)用到流體力學(xué)領(lǐng)域，在解決具有自由表面以及大變形等流動問題方面具有顯
SPH粒子特點
SPH 的全稱是光滑粒子流體動力學(xué)—Smoothing Particle Hydrodynamics，該方法最初應(yīng)用于天體物理學(xué)領(lǐng)域，用來模擬非對稱物理現(xiàn)象。由于其穩(wěn)定性和預(yù)測性較好，所以逐漸擴展應(yīng)用到流體力學(xué)領(lǐng)域，在解決具有自由表面以及大變形等流動問題方面具有顯著優(yōu)勢。SPH 法基于拉格朗日框架，是一種無網(wǎng)格方法，該方法的基本思想是將連續(xù)的流體或固體用相互作用的質(zhì)點組來描述，各質(zhì)點上承載了各種物理量，包括質(zhì)量、壓力、速度等，通過求解質(zhì)點組的動力學(xué)（Navier-Stokes）方程，以及跟蹤每個質(zhì)點的運動軌道，即可求得整個流場的分布和發(fā)展。
 
子模型及仿真結(jié)果
在約束系統(tǒng)仿真分析中，一般情況下，座椅泡沫通常使用實體單元進行建模，如圖1所示。這種建模方式，在計算過程中泡沫很容易出現(xiàn)負體積從而終止計算。
圖1 座椅泡沫實體單元及SPH粒子
對于 SPH 粒子，在約束系統(tǒng)中的應(yīng)用很少。雖然SPH 粒子的理論知識比較復(fù)雜，但采用LS-DYNA求解器，用有限元專業(yè)語言的表法方法卻是非常簡單。每個SPH 粒子都是屬于一種SPHCEL 類型的一維單元，由單元的節(jié)點號組成。SPH 粒子的屬性類型為專屬的SPH 類型，其中包括粒子的質(zhì)量，非線性、線性體積粘度系數(shù)、光順距離等主要的關(guān)鍵參數(shù)。SPH 粒子的材料包括密度、粘性系數(shù)等，為一種流體力學(xué)中使用的粘性流體材料。
圖2 不同時刻假人運動狀態(tài)
圖3 兩種方法骨盆加速度曲線對比
從假人骨盆X、Z向的加速度可以看出，使用實體單元效果與使用SPH 粒子的效果對假人骨盆加速度影響不大。采用SPH 粒子，可以有效克服負體積的出現(xiàn)，但是計算時間會有所增加。

首發(fā)｜汽車碰撞安全仿真在線
投稿｜finite_online@163.com
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