1. 背景

 本文通過某水下爆炸案例來介紹S-ALE算法的使用方法。

    S-ALE（structured ALE結構化ALE）算法的優點如下：

1）網格生成更簡單，可以內部自動生成ALE結構化正交網格，無需前處理進行建模及網格劃分，只需要k文件添加相應的關鍵字即可；

2）需要更少內存；

3）計算時間比傳統ALE減少1/3；

4）并行效率更高，SMP、MPP、MPP混合并行等；

5）非常穩健。

2.幾何模型

首先利用workbench的dm模塊建立幾何模型，幾何模型僅僅為固體模型鋼板，如下圖所示：

炸藥和空氣，均在k文件中添加。

3.材料

靶板采用彈塑性本構。

具體的材料本構參數如下：

*MAT_PLASTIC_KINEMATIC

         1  7.80      2.00      0.300000 0.355E-02 0.400E-02 0.100    

  0.00      0.00     0.350

4.單元及有限元網格

采用lagrange算法，在workbench下劃分鋼板的網格，網格尺寸為1cm。采用六面體網格。網格如下圖所示：

5.單位制選擇cm-g-us，并輸出k文件

6.流固耦合定義

$流固耦合

*set_part_list

2

9

$9為流體SALE part號

*set_part_list

1

1

$1為結構鋼殼part號

*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID

         1         2         0         0         2         4         1         0

 

 

$

7.水、空氣及炸藥的單元、材料、part定義

通過關鍵字定義空氣單元、材料、part等。

$流體Part材料及起爆

*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP

$10水11炸藥12空氣

10,1

11,1

12,1

*section_solid

10,11

*hourglass

10,1,1e-6

$水good

*MAT_NULL

10,1000,0,0,0,0,0,0    

*EOS_GRUNEISEN

$水的狀態方程的0.15在cmgus單位制下為1500m/s，所以，如果用標準單位制的話，0.15改為1500.。

10,1650,1.75,0,0,0.28    

1

$$炸藥TNT

*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN

11,1630,6930,2.1e10   

*EOS_JWL

11,3.712e11,3.23e9,4.15,0.95,0.3,7e9,1

$

$空氣

*MAT_NULL

12,1.29

*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL

12,0,0,0,0,0.4,0.4,0

0.25e+6,1.0

*part

 

10,10,10,10,10

*part

 

11,10,11,11,10

*part

 

12,10,12,12,10

*INITIAL_DETONATION

9,0,0,0

8.通過幾何填充定義炸藥

*initial_volume_fraction_geometry

$SID【sale的網格part號9】,IDTYP【1代表part】,BAMMG【10,11,12的多物質組號】

9,1,1

$# cnttyp（6球形）， fillopt（0=幾何體內，1=外）， fammg=2為炸藥材料

6,0,2         

$# xc    yc  zc（炸藥球心坐標）    radius（球半徑）    unused    unused    unused   

0,0,0,1  

$# cnttyp（3為定義一個plane面，通過一個點和一個矢量）， fillopt（0=幾何體內，1=外）， fammg=3為空氣材料

3,0,3

$# x0Y0Z0坐標，xyz的cos值

0,6,0,0,1,0

9.結構化S-ALE的空氣及炸藥定義

通過如下關鍵字定義S-ALE結構化網格的區域及網格尺寸等。如下關鍵字可以通用于其他各類sale分析中。

*Node

$結構節點

199997,0,0,0

199998,0,0,0

199999,0.1,0,0

200000,0,0.1,0

$

$

*DEFINE_COORDINATE_NODES

$Cid，nid1，nid2，nid3

890,199998,199999,200000

$

$

$S-ALE范圍大小尺寸

*ALE_STRUCTURED_MESH_CON*TROL_POINTS

$cpid,0,0,sfo,

3001,0,1,1,0,0,0

$N,X,RATIO

1,-12

$N,X,RATIO

25,12

$

$

*ALE_STRUCTURED_MESH_CON*T*ROL_POINTS

$cpid,,,sfo,

3002,0,1,1,0,0,0

$N,X/y,RATIO

1,-5

$N,X/y,RATIO

16,10

$

$

*ALE_STRUCTURED_MESH_CON*T*ROL_POINTS

$cpid,0,0,sfo,

3003,0,1,1,0,0,0

$N,X/z,RATIO

1,0

$N,X/z,RATIO

3,2

$

$

$S-ale求解器及網格細化控制

*ALE_STRUCTURED_MESH

1,9,200001,200002,0,0

3001,3002,3003,199997,890

$

$

$

*ALE_STRUCTURED_MESH_REFINE

$MSHID,REFXREFY,REFZ

1,1,1,1

10.計算條件

采用1us計算時長。

*CON*T*ROL_TERMINATION

$   endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas                        unused

         1  10000000     0.001         0    100000

11.求解

求解過程如下，6核cpu計算時間需要不到1min（僅僅10s左右），可見S-ALE求解效率非常的高。

12.結果分析

通過計算，炸藥起爆，沖擊靶板，靶板變形應力等效果如下圖所示。