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汽车座椅SPH粒子模拟方法在碰撞中的应用

2021-03-08 20:53:46·  来源：汽车碰撞安全仿真在线  
　
SPH粒子特点 SPH 的全称是光滑粒子流体动力学—Smoothing Particle Hydrodynamics，该方法最初应用于天体物理学领域，用来模拟非对称物理现象。由于其稳定性和预测性较好，所以逐渐扩展应用到流体力学领域，在解决具有自由表面以及大变形等流动问题方面具有显
SPH粒子特点
SPH 的全称是光滑粒子流体动力学—Smoothing Particle Hydrodynamics，该方法最初应用于天体物理学领域，用来模拟非对称物理现象。由于其稳定性和预测性较好，所以逐渐扩展应用到流体力学领域，在解决具有自由表面以及大变形等流动问题方面具有显著优势。SPH 法基于拉格朗日框架，是一种无网格方法，该方法的基本思想是将连续的流体或固体用相互作用的质点组来描述，各质点上承载了各种物理量，包括质量、压力、速度等，通过求解质点组的动力学（Navier-Stokes）方程，以及跟踪每个质点的运动轨道，即可求得整个流场的分布和发展。
 
子模型及仿真结果
在约束系统仿真分析中，一般情况下，座椅泡沫通常使用实体单元进行建模，如图1所示。这种建模方式，在计算过程中泡沫很容易出现负体积从而终止计算。
图1 座椅泡沫实体单元及SPH粒子
对于 SPH 粒子，在约束系统中的应用很少。虽然SPH 粒子的理论知识比较复杂，但采用LS-DYNA求解器，用有限元专业语言的表法方法却是非常简单。每个SPH 粒子都是属于一种SPHCEL 类型的一维单元，由单元的节点号组成。SPH 粒子的属性类型为专属的SPH 类型，其中包括粒子的质量，非线性、线性体积粘度系数、光顺距离等主要的关键参数。SPH 粒子的材料包括密度、粘性系数等，为一种流体力学中使用的粘性流体材料。
图2 不同时刻假人运动状态
图3 两种方法骨盆加速度曲线对比
从假人骨盆X、Z向的加速度可以看出，使用实体单元效果与使用SPH 粒子的效果对假人骨盆加速度影响不大。采用SPH 粒子，可以有效克服负体积的出现，但是计算时间会有所增加。

首发｜汽车碰撞安全仿真在线
投稿｜finite_online@163.com
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