上一篇文章介紹了霍普金森桿（SHPB）沖擊的3D仿真，采用的1/4軸對稱模型。本文繼續(xù)介紹該案例的2D仿真流程，采用軸對稱模型，并于上一案例結果對比。一般來說，2D軸對稱模型相比于3D實體模型，計算速度更快，精度更高，但是適用面窄，只能用于界面為圓形的試樣及桿件。本案例軟件版本為Ansys Workbench 2021 R2。

1. 案例介紹

入射桿、透射桿、撞擊桿、試樣均為圓柱形，按照下圖排列。入射桿、投射桿的中間位置裝用應變傳感器，撞擊桿以一定的軸向速度撞擊入射桿，獲取沖擊后一定時間內入射桿上的入射波和反射波應變相應，以及透射桿上的透射波應變響應。

2. 分析過程

2.1 幾何建模與材料參數(shù)

初始幾何參數(shù)及撞擊速度如下表，單位噸，毫米，秒。

入射桿	投射桿	JC本構pan="1" colspan="1" style=""> 撞擊桿	試樣	撞擊速度
R9×2000	R9×2000	R9×300	R5×5	30000

幾何屬性修改為2D。采用DM完成SHPB軸對稱模型參數(shù)化建模，旋轉軸為Y軸（必須設置），模型位于X軸正半?yún)^(qū)。另外本案例設置了入射桿與透射桿中部自動切分后共節(jié)點操作，便于后續(xù)選擇需要輸出的應變單元。（本例模型直接在1/4對稱實體模型上抽殼得到，共享其參數(shù)）。

 

材料參數(shù)桿件采用線彈性本構（Mat1）,結構鋼，試樣采用簡單JC本構（Mat98），某牌號鋼材。

 

2.2 材料賦予、軸對稱設置、接觸與網(wǎng)格劃分

A. 分別將桿和試樣的材料參數(shù)賦予對應的結構；

B. 設置分析類型為2D 軸對稱；

C. 分別設置撞擊桿與入射桿、試樣與入射桿、試樣與透射桿之間的無邊-邊摩擦接觸，入射桿和透射桿均為目標面，并將接觸的自動刷新設置為否；

D. 網(wǎng)格控制中，添加全部幾何體多區(qū)域網(wǎng)格劃分及面網(wǎng)格尺寸控制，得到完成模型的映射網(wǎng)格。

本步驟設置結果如下：

 

2.3 求解設置

A. 通過表方式的命名選擇，精確自動獲取入射桿與透射桿上的應變片單元，并創(chuàng)建單元集

 

B. 通過關鍵詞管理，添加DATA_HISTORY_SHELL_SET關鍵字，并選擇上一步設置的命名選擇。

 

C. 對撞擊桿添加初始速度，并對每一個接觸添加接觸特性，設置接觸為AUTOMATIC_NODE_TO_SURFACE；

D. 在分析設置中，求解時間設置為大于應力波在1.5走過1.5倍桿長所需的時間，建議設置為走過2倍桿長所需時間（本例設置為8e-4s）；根據(jù)電腦配置設置CPU個數(shù)及內存信息。全局沙漏控制類型為Flanagan-Belytschko Stiffness Form，數(shù)值為0.1。根據(jù)自己需求設置所需輸出的動畫個數(shù)（默認為20個，本例設置為40），并在時間歷史輸出中增加Elemate Data輸出，輸出時間間隔2e-7s。

E. 后處理中添加輸出應變片單元的總機械應變（或y方向機械應變），并采用圖表功能把入射桿應變片應變和透射桿應變片應變顯示在一張圖中。提交計算，本算例網(wǎng)格較粗（實際可足夠細化，2DS軸對稱計算很快），計算時間不到半分鐘。

3. 結果展示

A. Workbench后處理結果，數(shù)據(jù)提取自D3plot，只有40個點。入射桿、透射桿應變及能量曲線圖如下。

 

B. Hyperview后處理結果，數(shù)據(jù)提取自時間歷程數(shù)據(jù)binout文件，有4000個點，數(shù)據(jù)更光滑。入射桿、透射桿應變及能量曲線圖如下，入射桿應變峰值-0.0030416，透射桿應變峰值-0.0019047。

 

 

C. 通過Hyperview將3D與2D計算的應變曲線放在同一圖中，可以看到曲線幾乎重合，偏差非常小。

 4. 其他說明

本例完全采用Workbench Ls-Dyna參數(shù)建模，修改其中任意結構、材料、網(wǎng)格、邊界、載荷等設置，更新后均可自動得到新的仿真結果。案例SHPB_2D.wbpz模型文件，下載鏈接：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1XX28OhghxX1I60YSvWIHOQ 

提取碼請購買附件。