ANSYS/LS-DYNA柔性网结构设计及展开过程有限元仿真研究(2)
空间绳网系统是一种新提出的先进技术概念，随着各国在军事和航天技术的迅速发展，空间绳网系统也越来越受到人们的广泛关注。空间绳网系统的基本思路是采用已定的发射装置和牵引质量块方式，利用牵引质量块的惯性作用牵引并在空间中展开一张由柔性轻质绳索编制的网，用于覆盖包裹目标物，并通过在空间绳网系统中安置弹药，完成对目标物的销毁，如图1.1所示。
空间绳网系统结构是柔性结构，而柔性结构的运动和力的传递是通过构件的弹性变形来实现的，在受到力作用之后，柔性结构会有较大的变形，与受到力作用之前的自然状态相比，柔性结构内部各个单元都会有一定的位移和旋转。而通过对载荷-位移曲线的分析可知，这种柔性结构是非线性结构，即空间绳网系统是非线性系统。根据目前所发表过的相关文献可知，对于这种非线性的空间绳网系统的建模仿真研究甚少。经过分析，可能的原因有三个：其一，对非线性的空间绳网系统难以准确的建立数学模型；其二，通过某种复杂繁琐的方法建立了较为精准的数学模型后，由于空间绳网系统是非线性的，不能够满足叠加原理，所以最后也无法得到解析解；其三，非线性的空间绳网系统缺少相关约束，所以最后的求解过程无法收敛。
根据所学知识，我们找出了能够解决这三个问题的方法，即有限元法。空间绳网系统是非线性结构的，所以我们在以非线性有限元技术为主和非线性结构的特性为辅的基础上，运用ANSYS和LS-DYNA，对这种非线性空间绳网系统进行建模仿真。在对空间绳网系统的动态展开过程进行显示动力分析后，对空间绳网系统模型进行参数最优化。
1.2 本论文的主要方法和研究进展
1.2.1 有限元法概述
有限元法全称有限单元法（Finite Element Method，FEM）。它是一种非常有效的求解复杂工程结构的数值方法。有限元法是将一个工程结构系统转化为一个由节点和单元组合而成的，且与原工程结构系统相似的有限元系统。通过将该有限元系统转换成一个易于解答的数学模型，得到由节点和单元显示出来有限元系统的解。在此基础上还可以根据不同的工程结构系统添加例如负载、外力、约束等条件，使得有限元系统的解更加合理。
1.2.2 有限元法求解的基本步骤
（1） 定义求解域。
以原来的工程结构系统为基础，近似确定求解域的数学性质和物理性质。
（2） 离散求解域。
离散求解域就是有限元系统的网格划分，即将求解域离散为按一定方式互相连结的，但形状大小不同的有限的单元组。当网格划分由粗到细（即单元由大到小）时，离散后的求解域的近似程度由差到好，计算结果由粗略到精确，相反的是计算误差由小到大。
（3） 确定控制方法及设置状态变量。
在实际工程结构系统中，通常会包括一些边界条件（约束、外力、负载、阻尼等），所以在有限元求解过程中应根据具体的工程结构系统，在有限元系统中添加一些状态变量。通常用一组由微分方程式转化成的等价泛函数来表示。
（4） 推导单元。
即形成单元矩阵的过程，通过建立恰当的单元坐标系和单元式函数，以上一步骤所确定的控制方法为基础，给出各个单元的离散关系和状态变量，从而构造出一个合理的近似解。单元推导需要遵循若干条原则，是因为通过计算方法要求保证求解结果的收敛。所以在求解过程中要格外注意边界条件。
（5） 求解。
联立方程组有三种求解方法，即随机法、迭代法和直接法。
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