Введение

В мире аэрокосмической инженерии парашюты играют важную роль в обеспечении безопасности во время сплошного приземления. Энергетические модуляторы (EM) представляют собой механические текстильные устройства, предназначенные для рассеивания нагрузок, возникающих при раскрытии парашютов. Однако недавние испытания показали, что поведение EM становится все более непредсказуемым, что вызывает опасения относительно их надежности. В данной статье мы рассмотрим новые подходы к моделированию отказов на уровне текстуры ткани с использованием программного обеспечения LS-DYNA.

Что такое энергетические модуляторы?

Энергетические модуляторы, как правило, представляют собой длинные полосы структурного кевлара, которые складываются и сшиваются с помощью нейлонового зигзагообразного шва, формируя «ухо» EM. Когда EM подвергается нагрузкам выше определенного порога при раскрытии, нейлоновые швы рвутся, что приводит к раскрытию EM и рассеиванию ударных сил. В идеальных условиях EM рвется аккуратно, однако бывает, что некоторые швы не рвутся последовательно, что приводит к повреждению окружающего кевлара и называется «истиранием EM».

Проблема непредсказуемости

Непредсказуемое поведение ткани и высокая изменчивость условий нагрузки во время полета затрудняют выявление коренных причин отказов через механические испытания. В ответ на это было предложено создание вычислительной модели EM на уровне текстильного переплетения, что позволит лучше понять механизмы отказа.

Создание вычислительной модели

Разработка модели EM в LS-DYNA была организована вокруг двух основных целей: создание модели стежка, отражающей геометрию и поведение материалов, и реализация Python-скрипта для дублирования модели вдоль всей длины уха EM. Моделирование каждого волокна в переплетении имеет важное значение для анализа механизмов отказа нейлонового шва и понимания разрушений кевлара.

Процесс моделирования

На первом этапе работы была смоделирована индивидуальная структура кевлара и нейлона. Используя программное обеспечение TexGen, был создан 3D-модель переплетения кевлара. Затем в CAD-программе была добавлена нейлоновая строчка, которая проходит через два слоя ткани. Модель была разбита на объемные тетраэдрические элементы в Hypermesh.

Динамическое моделирование

В LS-DYNA были определены свойства материалов, условия контакта и границы для оценки динамического ответа стежка при растяжении. Модель поведения тканей была определена с помощью *MAT_ELASTIC, а контакт с разрушением был реализован для захвата прогрессивного разрушения переплетения кевлара и нейлоновых нитей. Были проведены несколько кейс-стадий для оптимизации расчетного времени.

Результаты и выводы

Предварительные результаты валидировали использование объемных элементов для захвата поведения EM, особенно взаимодействия между кевларом и нейлоном. Второй этап работы сосредоточился на разработке Python-скрипта для упрощения создания моделей EM. Эта модель имеет широкие применения для других работ с тканями, позволяя проводить более точные симуляции и эффективные проектные процессы в аэрокосмических текстильных приложениях.

Заключение

Моделирование отказов на уровне текстильного переплетения открывает новые горизонты для понимания поведения энергетических модуляторов. Это не только поможет в выявлении причин истирания EM, но и поддержит оценку новых дизайнерских решений в области парашютного оборудования.