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|四川农业与农机/2023年5期|>>>我国是世界上果园种植面积最大的国家[1]，随着人民生活水平的日益提高，鲜果需求量极大。
据国家统计局数据，我国果园面积呈逐年增长趋势，2021年，我国果园种植面积达1280.80万hm 2[2]，预计2023年将达1351.06万hm 2[3]。
我国丘陵山区果园约占果园总面积的65%[4]，其主要种植方式为多植株密集型果园种植模型[5]。
高效、精细的果园管理是水果增产、增收的关键，病虫害防治是当前果园植保的关键环节，其中，化学防治是果园植保病虫害防治的主要方法之一[6]。
但过度使用化学农药，会造成环境污染和农药残留，危害人体健康。
为有效减少化学农药的使用，提高农药喷洒效率，降低人工成本，实现农药精准喷洒，本文研制了新能源农业智能植保车，并对智能植保车喷雾进行了仿真分析，以期实现化学农药的精确喷洒，降低农药使用量，减少环境污染，提高生产效率。
在无人植保车喷雾性能方面，国内外学者进行了大量科学研究，主要研究方法为试验法和计算流体动力学方法[7]。
石河子大学李瑞敏等通过试验方法，分析了扇形雾喷头结构参数对喷雾性能的影响[8]；JING D 、ZREMBA M 等通过流体动力学计算分析了喷嘴雾化特性[9-10]；聂涛等分析了压力旋流喷嘴雾化特性[11]，蒋小平等通过流体动力学计算分析了喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响[7]。
试验法周期长、成本大，计算流体动力学方法求解时间长，资源消耗大。
基于以上分析，本文运用时空守恒元/解元方法，基于LS-DYNA 对无人植保车喷雾仿真流固耦合模型进行分析，从而获得智能无人植保车喷雾特性，以期为研究无人植保车喷雾结构及优化参数提供理论支持。
1智能植保车结构根据果园植保管理要求，智能植保车的结构设计综合考虑了果园种植行间距、丘陵山区地形坡度等因素，具有药液载量大、续航久、动力足、通过性能好以及爬坡能力强等特点。
智能植保车主要由动力传动系统、液压驱动系统、喷药机构以及履带式行走机构组成，如图1所示。
LS-DYNA软件1.1 LS-DYNA 简介LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。
在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。
与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。
由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。
1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA。
LS-DYNA的最新版本是2004年8月推出的970版。
1.1.1 LS-DYNA功能特点LS-DYNA程序是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50多种）程序。
它以Lagrange 算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。
LS-DYNA功能特点如下：1.分析能力：z非线性动力学分析z多刚体动力学分析z准静态分析（钣金成型等）z热分析z结构-热耦合分析z流体分析：欧拉方式任意拉格郎日-欧拉（ALE）流体-结构相互作用不可压缩流体CFD分析z有限元-多刚体动力学耦合分析（MADYMO，CAL3D）z水下冲击z失效分析z裂纹扩展分析z实时声场分析z设计优化z隐式回弹z多物理场耦合分析z自适应网格重划z并行处理（SMP和MPP）2.材料模式库(140多种)z金属z塑料z玻璃z泡沫z编制品z橡胶（人造橡胶）z蜂窝材料z复合材料z混凝土和土壤z炸药z推进剂z粘性流体z用户自定义材料3.单元库z体单元z薄/厚壳单元z梁单元z焊接单元z离散单元z束和索单元z安全带单元z节点质量单元z SPH单元4.接触方式(50多种) z柔体对柔体接触z柔体对刚体接触z刚体对刚体接触z边-边接触z侵蚀接触z充气模型z约束面z刚墙面z拉延筋5.汽车行业的专门功能 z安全带z滑环z预紧器z牵引器z传感器z加速计z气囊z混合III型假人模型6.初始条件、载荷和约束功能z初始速度、初应力、初应变、初始动量（模拟脉冲载荷）；z高能炸药起爆；z节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷；z循环约束、对称约束（带失效）、无反射边界；z给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束；z铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）；z二个刚性体之间的连接－球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接；z位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连；z带失效的节点固连。
A N S Y S L S-D Y N A数值模拟霍普金森压杆试验ANSYS/LS-DYNA数值模拟霍普金森压杆试验1 功能概述大多数材料在强度等力学性质方面都表现出某种程度的加载率或应变率敏感性，高幅值短持续时间脉冲和荷载所引起材料力学性质的应变率效应，对于抗动载的结构设计和分析是非常重要的。
这些动载来至常规武器侵彻与爆炸、偶然爆炸和高速撞击等许多军事和民用事件，对于这些事件的理论分析和数值模拟必须知道材料的高应变率强度、断裂特性和应力-应变关系等本构性质。
要研究材料在脉冲动载作用下的力学性质的实验设备和实验必须模拟类似现场的应变率条件，分离式霍普金森杆被公认为是最常用最有效的研究脉冲动载作用下材料力学性质的实验设备。
数值模拟是一种依靠电子计算机对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题进行研究的技术。
它利用材料的本构函数，结合有限元或有限容积的概念，采用数值计算和图像显示的方法，因此具有如下优势：（1）检验理论结果是否正确；（2）弥补实验与观测得不足；（3）利用模拟结果，了解非线性过程中的因果关系与主要物理机制；（4）预测在不同初始条件与边界条件下非线性过程的发展情形；（5）数值模拟成本低，可以带来巨大社会经济效益。
由于很多材料的本构性质已经知道，因此在设计产品时，可以利用材料的本构性质通过仿真来模拟复杂的系统。
ANSYS/LS-DYNA数值模拟霍普金森压杆试验，就是通过ANSYS/LS-DYNA软件来模拟霍普金森压杆实验，通过设置弹丸不同速度，对试件进行研究。
霍普金森压杆实验分为自由式和分离式两种，本仿真采用分离式的办法。
2 原理简介2.1 霍普金森压杆实验简介霍普金森杆实验装置的基本原型最早是由Hopkinson提出的，它可用于测量冲击载荷的脉冲波形。
1949年Kolsky将压杆分成两段，试件置于输入杆和输出杆中间，通过加速的质量块、短杆撞击或炸药爆轰产生加速脉冲，利用这一装置可测量材料在冲击载荷作用下的应力-应变关系。
多模成型装药的药型罩结构设计
多模成型装药是指根据不同的毁伤目标而自适应选择不同模式毁伤元,如大炸高小穿深的爆炸成型弹丸(Explosive Formation Penetration—简称EFP)、具有大穿深的聚能高速金属射流和聚能杆式侵彻体(国外称之为JPC, Jetting Projectile Charge)。
为了使得同一弹药能对付战场中出现的多种目标,多模成型装药成为当前成型装药技术研究的热点问题之一。
本文主要针对多模成型装药研究的关键技术之一——药型罩结构参数与多模毁伤元的匹配关系研究。
基于成型装药基本理论及多模毁伤元形成理论,采用LS-DYNA仿真软件,数值仿真研究了成型装药毁伤元形成过程,得到了次口径药型罩结构参数与毁伤元成型参数之间的变化规律曲线。
建立多模成型装药结构模型,选取药型罩结构参数曲率半径和壁厚仿真计算方案,分析计算结果,并进行了Matlab三维作图,找出了形成多模毁伤元的药型罩结构参数范围,当药型罩曲率半径为0.7～0.9倍装药口径,药型罩壁厚为
0.40～0.56倍装药口径时,此时所形成的多模毁伤元EFP和JPC均满足课题试验项目的指标要求。
最后,进行了多模毁伤元成型及侵彻的试验研究,试验结果与仿真结果较一致,为今后进一步研究多模战斗部提供了参考依据。
紧凑型聚能装药射流成型的数值模拟姚志华;王志军;王向东;李德战;刘洋【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2012(032)005【摘要】为研究药型罩结构参数对K装药射流成型的影响,利用ANSYS/LS-DYNA软件对其成型过程进行数值模拟,得到了结构参数对射流的头部速度、长度、动能和能量利用率的影响规律,并对有无波形控制器的情况进行了分析.研究表明:药型罩高度40 mm ＜H＜60 mm、曲率半径300mm＜R＜500mm、厚度3mm＜δ＜5 mm、装药长径比0.7＜λ＜0.9时,形成射流性能较好.与无波形调整器的装药结构相比,射流的能量利用率提高17.6％,速度提高42.5％,长度增加1倍,能量增加2.5倍.【总页数】4页(P79-82)【作者】姚志华;王志军;王向东;李德战;刘洋【作者单位】中北大学机电工程学院,太原030051;空军场务技术试验中心,山东济宁272000;中北大学机电工程学院,太原030051;晋西工业集团有限责任公司,太原030027;空军场务技术试验中心,山东济宁272000;空军场务技术试验中心,山东济宁272000【正文语种】中文【中图分类】TJ410.34【相关文献】1.椭圆形罩线型聚能装药射流成型过程数值模拟研究 [J], 武双章;顾文彬2.装药长径比对半球形聚能装药射流成型的数值模拟 [J], 张万君;李国辉;王凯琳;吴晓颖3.环形聚能装药尼龙射流成型及侵彻过程数值模拟研究 [J], 吉庆;王志军;伊建亚;董理嬴;汤雪志4.环形聚能装药尼龙射流成型及侵彻过程数值模拟研究 [J], 吉庆;王志军;伊建亚;董理嬴;汤雪志5.新型聚能装药爆炸成型杆式射流数值模拟及试验研究 [J], 徐文龙;王成;徐斌;胡平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第十七章L S-D Y N A 的隐式求解第十七章 LS-DYNA 的隐式求解LS-DYNA 作为著名的显式求解程序只能求解瞬态动力问题，对于时间历程较长的静、动力问题， LS-DYNA 的显式中心差分法有它的局限性，而一些与瞬态动力分析紧密相关的问题要求LS-DYNA 也能够求解，如：➢ 冲压成型后的回弹计算➢ 应力初始化➢ 冲击后常时间低频动力响应➢ 静力分析➢ 特征值分析实际上从950版本开始，LS-DYNA 已增加了隐式求解功能。
刚开始的应用主要在冲压成型后的回弹计算，经过960版到970版的发展，LS-DYNA 的隐式求解功能已大增强，已经能满足以上的求解需要。
17.1显式与隐式的区别：17.1.1 LS-DYNA 显式求解：采用中心差分方法进行显式时间积分int n ext n n f fMa -=● 方程非耦合，可以直接求解(显式)● 但需要常小的时间步保持稳定状态● 不需要求解刚度矩阵 ● 适合冲击、穿透等高频非线性动力响应问题17.1.2 LS-DYNA 隐式求解：采用Newmark 隐式时间积分n n ext n n n Ma f fu K a M --=∆+∆++int 11● 对于线性问题，无条件稳定● 可以采用大的时间步 ● 对于非线性问题，需要一系列线性逼近（Newton-Raphson ）叠代求解 ● 需要求解刚度矩阵● 适合静力问题、低频动力问题及特征值分析。
17.2 LS-DYNA 中隐式分析的激活及相关关键字在LS-DYNA 中，缺省的求解是显式求解，可以通过下面的关键字来激活隐式求解：*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL$ imflag dt0 iefs nstepsb igso1 0.01 0 0 0其中参数imflag=1激活全隐式求解imflag=0为缺省的显式求解。
imflag=2为显式求解后无缝进行隐式回弹求解。
