有限元软件在处理柔性索网问题的应用分享

本文摘要（由AI生成）：

本文讨论了具有无穷维绳网在阻力环境下运动状态模拟的重要性，并指出了流固耦合方法在此类模拟中的局限性。通过ANSYS-LSDYNA的二次开发，成功模拟了单根绳索在空气阻力下的运动，并涉及了坐标转换和索单元空间姿态识别等问题。清华大学开发了非线性索单元，并通过实例验证了其有效性。ABAQUS软件中的索单元二次开发思想也被探讨，包括UEL和VUEL子程序的实现。此外，还提到了有限元软件与控制理论联合仿真在处理多柔体动力学问题上的潜力。

具有无穷维的绳网在阻力环境下的运动状态模拟在水下拖船、无人机上网体组件的构型质量等设计中具有重要的工程应用价值。

许多学术文章指出采用流固耦合并不能得到一个较为满意的结果。在《柔性绳索在空气阻力作用下的动力学仿真研究》一文中，通过对ANSYS-LSDYNA的二次开发实现了单根绳索在空气阻力下的运动过程(基于LINK167单元)。这种定义力学行为并加在仿真模型上的仿真方法多见于联合仿真。

其理论模型为：

这其中涉及局部坐标和全局坐标的相互转化、索单元空间姿态识别等问题。

LS-DYNA软件也可用安全带单元描述材料拉伸和回复时的力学特性。

————————————————————————————————————————————————

事实上，结合ABAQUS软件中索单元二次开发的部分思想，依靠VUAMP等子程序也实现了绳网动力学仿真过程。我们推导了更优的理论模型，并通过了地面试验验证（最大偏差0.03s）。

清华大学开发出非线性索单元，并在《空间飞网系统抛射参数优化研究》一文中展示如下：

——————————————————————————————————————————————

庄茁老师在《ABAQUS非线性有限元分析实例》一书中介绍了采用生死单元模拟索桥结构的工程案例。

该书同时提供了UEL索单元子程序的实现案例，值得注意的是：ABAQUS中的自编单元并不能直接在后处理中显示出来，也不支持接触问题。

同时，采用VUEL也可自定义的三维桁架单元。

——————————————————————————————————————————————

除此之外，有限元软件和控制理论的联合仿真在处理多柔体动力学问题上也会迸发出一些奇异的火花，这部分有时间再介绍。