集总动力学分子方法
产品：Abaqus/显式
参考资料：
l粒子发生器
l离散粒子元
l*粒子发生器
概述
集总分子动力学方法(LKM)是一种基于粒子的气体建模方法。集总分子动力学方法:
可用于模拟安全气囊展开;使用PD3D元素模拟集总气体分子;以及·使用粒子发生器来模拟安全气囊充气机。
概述
集总动力学分子法(LKM)是一种基于粒子的模拟气体的方法。集总动力学分子法
l可用于模拟安全气囊展开；
l使用PD3D元素模拟集总气体分子；以及
l使用粒子发生器来模拟安全气囊充气机。
介绍
集总动力学分子方法(LKM)是一种近似气体宏观行为的粒子方法。它的基础是气体动理论，该理论认为所有气体都是由数量巨大的极小的分子组成的，它们处于不断的无规则运动状态。例如，只有4克的。
氦含有6.023x1023个分子，范德华半径为140x109米。如此大量分子的存在，使得气体分子的运动可以用统计的方法来处理。分子的平均行为决定了宏观气体的行为。由于每个气体分子的数值模拟是不切实际的，LKM方法通过将许多气体分子集中到一个单一的气体颗粒(保留宏观气体行为)，减少了问题的大小。在LKM方法中，我们解决了气体粒子的运动。
根据气体动理论，麦克斯韦一玻尔兹曼分布描述了在给定温度下气体分子的运动速度。数字i表示氨原子在300开尔文温度下的麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布。气体分子彼此间发生弹性碰撞，也与容器壁发生弹性碰撞。容器壁上的压力是与容器壁碰撞的结果。均方根气体粒子的(RMS)速度由Vrms-3T给出，其中m是气体分子的质量，而Tis是气体的绝对温度。速度和温度之间的这种联系使得气体流动问题的解决可以以其分子速度作为一个基本问题变量。
图1：麦克斯韦一玻尔兹曼速度函数。
LKM方法基于以下假设：
l集总颗粒是发生弹性碰撞的刚性球形颗粒。
l集总粒子服从麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布。
l模拟单原子气体的集总粒子只有平动能。
l集总粒子模拟多原子气体具有平移和旋转能量。
l气体的温度低到可以忽略振动能。
l粒子之间不存在吸引力或排斥力。
l气体施加在结构上的压力是颗粒在表面上随时间推移碰撞的综合结果。
LKM方法的预测的准确性取决于集总分子的大小和数量。使用太少的颗粒或使用太大的颗粒可能会导致不准确的解决方案。虽然大量的粒子在一般情况下增加的解决方案的准确性，它也增加了计算成本。在一个可接受的计算成本，给出了一个准确的解决方案的粒子的最佳数目取决于气体的量，腔的大小，和腔的表面网格的离散化。对于一个小规模的问题，100,000个气体粒子可能就足够了，而对于一个更大的问题，可能需要400.000个气体粒子。一般的指导原则是，粒子的数量应当足够大，使得平均小面质量与气体粒子质量之比大于30。该比率打印在status(sta)文件中。您可以使用此比率来检查颗粒的数量是否足以进行分析。
应用程序
LKM方法可以用来模拟安全气囊的展开。这类分析通常作为汽车乘员安全评估的一部分进行。安全气囊是一种安全装置，在车辆碰撞过程中可以最大限度地减少对乘员的伤害。在碰撞过程中，安全气囊经历了快速膨胀，然后放气，这缓冲了乘员和车辆内部之间的冲击。安全气囊有各种类型，比如放置在方向盘上的驾驶员安全气囊，放置在车门面板上的侧帘式安全气囊，以及放置在座椅上的侧躯干式安全气囊。大多数安全气囊由一个柔软的织物制成的气囊、一个充气装置、一个电子控制器和传感器组成。不同类型的安全气囊使用不同类型的充气机。大多数充气机由一个圆柱形的金属外壳组成，其中包含推进剂和点火器。在充气机的外壳上有小孔，当充气机点火时，热气通过小孔逸出。
安全气囊可以紧紧地折叠或缠绕在充气机周围，以适应在一个狭窄的空间，如方向盘装配。如果发生碰撞，控制器会评估传感器发出的信号，然后点燃点火器，在充气机中引发可控爆炸。迅速膨胀的气体通过充气机壳体中的孔排出以展开安全气囊。展开持续时间取决于安全气囊的大小和类型，通常在20-30毫秒之间。最后，当安全气囊在乘员和车辆之间被挤压时，气体通过安全气囊上的排气口逸出，导致安全气囊放气。
图2显示了部分展开的帘式安全气囊与刚性半球形头部接触的剖视图。图中微小体积气体的特写视图显示了随机运动的气体颗粒。在模拟中，充气机在安全气囊内引入气体颗粒，根据麦克斯韦-玻尔兹曼速度函数和其速度的随机方向赋予每个颗粒一个随机速度。快速移动的气体粒子对安全气囊的面的冲击导致在气体和安全气囊之间的能量转移。当气体粒子与远离它的小面碰撞时，它的速度减小;当气体粒子与靠近它的小面碰撞时，它的速度增加。所有的碰撞都是弹性的。充气机继续将更多的气体颗粒引入安全气囊，将其推开。随着更多气体颗粒的速度在与膨胀的安全气囊碰撞之后降低，气体颗粒的均方根(RMS)速度降低。集总分子的平均速度的降低相当于注入气体的冷却。
图2：部分展开的安全气囊。
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