(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210601181.8 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 内蒙动力机 械研究所 地址 010010 内蒙古自治区呼和浩特市新 城区新华东街65号 (72)发明人 刘鑫生　周文清　张富强　赵益达　 苏丹　展杰　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿 真快速收敛 方法 (57)摘要 本发明涉及固体 火箭发动机技术研究领域， 具体涉及一种固体脉冲发动机软质隔层承压性 能仿真快速收敛方法。 步骤如下： S1： 采用常规的 仿真方法， 将载荷调小， 确保仿真模型收敛； S2： 通过二次开发的方式提取变形之后的几何模型； S3： 对变形后的几何模型重新划分网格， 提高网 格的质量； S4： 将第一步的计算结果映射到重划 分网格上， 并施加完整载荷进行求解计算， 即可 得到仿真结果。 本发明提供了一种固体脉冲发动 机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 该方法 可有效改善网格在求解过程中的畸变情况， 不需 要进行大量试算即可提高仿真模 型的收敛性， 节 省了大量的时间成本， 且具有较好的通用性， 为 固体脉冲发动机的研制提供了技 术支持。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114996871 A 2022.09.02 CN 114996871 A 1.一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 其特征在于， 操作步骤 如下： S1： 采用常规的仿真方法， 将载荷调小， 确保仿真模型收敛； S2： 通过二次开发的方式提取变形之后的几何模型； S3： 对变形后的几何模型重新划分网格， 提高网格的质量； S4： 将第一步的计算结果映射到重划分网格上， 并施加完整载荷进行求解计算， 即可得 到仿真结果。 2.根据权利要求1所述的一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 其特征在于， 所述S1的步骤： S11： 将固体脉冲发动机几何模型以 “装配”的方式导入商业有限元软件中， 将壳体、 绝 热层、 药柱和隔层等结构合并为 一个独立的零件， 保证各 结构间的分隔线为公共边； S12： 创建相应材 料属性， 指定各 结构的截面属性； S13： 根据模型的大小选择合理的单 元尺寸进行网格划分； S14： 创建静力学分析步， 勾选 重启动选项， 设置通用接触关系； S15： 加载时仅对此模型施加一个合适的小载荷， 求解后可得到小载荷下的仿真结果， 此时网格已经变形但变形情况不 严重。 3.根据权利要求1所述的一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 其特征在于： 所述S2具体操作为通过二次开 发方法， 将同种材料的网格拼接起来， 形成一系 列新的几何体， 最终可以提取到小载荷下的变形几何模型。 4.根据权利要求1所述的一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 其特征在于， 所述S2的步骤： S21： 提取不成功， 减小载荷， 跳转回S1， 找到合 适的载荷， 再继续； S22： 提取成功， 则继续对变形之后的几何模型进行合并处理， 指定与第一步相同的截 面属性， 选择相同的单 元尺寸重新划分规则网格， 设置相同的标准接触， 施加完整载荷。 5.根据权利要求1所述的一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 其特征在于： 所述S4具体操作为修改新仿真模 型的INP文件， 增加Map  Solution相关命令关 键字； 通过命令行的方式提交计算， old  job名称输入第一步的job名， 即可将第一步的仿 真 结果通过节点映射的方式映射到新网格上。 6.根据权利要求5所述的一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛方法， 其特征在于， 所述S4 步骤： S41： 若求 解发散则减小载荷， 重复S1步骤； S42： 若求 解收敛， 则可获得完整载荷作用下的软质隔层承压性能仿真结果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114996871 A 2一种固体脉冲发动机软质隔层承压性能仿真快速收敛 方法 技术领域 [0001]本发明涉及固体火箭发动机技术研究领域， 具体涉及一种固体脉冲发动机软质隔 层承压性能仿真快速收敛 方法。 背景技术 [0002]软质隔层是固体脉冲发动机的重要部件， 其承压能力和打开过程是脉冲发动机启 停控制和能量管理的关键。 在一脉冲工作时， 隔层依靠二脉冲药柱承压， 起到隔热和密封作 用， 二脉冲工作时， 隔层在设计薄弱区域发生断裂， 随后断裂的隔层锥段反向翻转打开。 软 质隔层具有质量轻、 加工性好、 飞出物可控等优点， 可适应未来先进脉冲发动机的发展需 求。 隔层与二脉冲药柱之 间通常留有一定间隙， 承压时隔层发生弯曲贴附在二脉冲药柱上， 并与药柱一同变形。 这种设计方式为隔层提供了一定的变形空间， 也为二脉冲燃烧室提供 了燃气通道。 在进 行承压性能仿 真分析时， 隔层和二脉冲药柱会发生较大变形， 网格随着结 构变形出现扭曲， 这一过程涉及结构大变形和边界非线性等问题， 对网格适应性要求极高， 仿真收敛条件尤为苛刻。 工程上直接采用商业有限元软件进行隔层承压性能仿真， 极易出 现网格畸变造成的求解发散 问题， 仿真工程师只能不断调整网格布局进行多次试算， 尽可 能地改善仿真模型 的收敛性。 但这种 方法的网格调整策略难以明确， 网格尺寸过大或过小 都有可能导致求解 发散， 即便最 终能够调整合适， 也需要耗费大量的时间成本， 无法满足 固 体脉冲发动机的快速论证需求。 部 分工程师采取调高材料力学性能参数或减小压力载荷的 方法来缓解网格畸变， 但不论采用哪种方式， 都相当于改变了仿 真模型的状态， 与实际的工 程问题不一致， 对隔层的结构设计和性能评价所能起到的作用非常有限。 鉴于上述原因， 本 发明将二次开发技术和节点映射技术结合起来， 避免了网格求解过程中的网格畸变， 改善 了仿真模型 的收敛性， 极大提高了隔层仿真的工作效率， 为固体脉冲发动机的研发提供了 重要的技 术支撑。 [0003]目前， 工程上主要采取不断调整网格布局并多次试算的方式提高软质隔层承压性 能仿真模型的收敛性。 [0004]采用现有技术对软质隔层承压性能进行仿真时存在的缺点如下： 首先， 调整网格 布局无法保证仿 真模型的收敛性。 由于网格畸变的敏感度较高， 网格的角度、 尺寸稍大或稍 小都可能导致求解不收敛， 没有规律可言， 这就使得仿真工程师在调整网格布局时几乎没 有任何策略， 只能靠 “碰运气”不断尝试。 大部 分的模型即使已经调整了很多次， 其收敛性仍 然没有任何保证； 其次， 调整网格的布局需要耗费大量的时间成本。 划分网格时需要对几何 模型进行不同程度的切割和简化， 即使不更改几何模型的拓扑结构， 仅仅调整网格尺寸， 也 需要一定的时间成本， 网格每调整一次都要进行一次仿真试算， 导致仿真所耗费的时间成 倍增长； 再次， 若 人为调高材料的力学性能参数或减小压力载荷， 在一定程度上的确可以提 高仿真模型 的收敛性， 但这种 方式使得仿真模型与实际状态不匹配， 难以对隔层的承压性 能进行预估， 对隔层结构设计起到的指导作用微乎其微； 最后， 由于缺乏软质隔层 承压性能 仿真的方法， 设计师在进 行方案论证时， 为了保证隔层的承压性能， 不得不人为地将设计裕说　明　书 1/4 页 3 CN 114996871 A 3