空氣中的爆炸會形成高質(zhì)量的高度壓縮氣體，其與周圍空氣相互作用，產(chǎn)生向外傳播的沖擊波。ABAQUS通過CONWEP模型提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)結(jié)合入射波加載定義，可以定義這種由于空氣爆炸引起的荷載效應(yīng)，其中入射波可分為：球形入射波（空氣爆炸）或半球入射波（表面爆炸），本例采用球形入射波定義。

CONWEP是來源于美國軍方實驗數(shù)據(jù)的爆炸載荷計算方法，用于自由空氣場中爆炸和近距離爆炸計算。在ABAQUS中，當給定的起爆點、加載面、爆炸類型和TNT當量，即確定了CONWEP模型的爆炸沖擊壓力歷程曲線如圖1所示，可見該曲線包含以下經(jīng)驗參數(shù)：由入射壓力和反射壓力構(gòu)成的的最大超壓（高于大氣壓），沖擊壓力到達時間，超壓持續(xù)時間和指數(shù)衰減系數(shù)。

圖1 爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力時程曲線

由于沖擊波產(chǎn)生的超壓即總壓力是入射壓力，反射壓力和入射角的函數(shù)，被定義為加載表面的法線與加載面任意點指向爆炸點的矢量之間的角度。因此總壓力定義為：

本例將以空氣爆炸產(chǎn)生沖擊波對蜂窩狀網(wǎng)狀夾層結(jié)構(gòu)的影響為例展示其非線性分析能力。

幾何模型與網(wǎng)格劃分:

• 蜂窩狀網(wǎng)狀夾層結(jié)構(gòu)幾何模型如圖2所示，夾層結(jié)構(gòu)由方形蜂窩芯組成，垂直腹板焊接在頂板和底板上。整個夾層板結(jié)構(gòu)的尺寸為610×610×61mm。 夾層結(jié)構(gòu)位于X-Y平面中，而爆炸源在夾層結(jié)構(gòu)的頂板的中心垂直上方（沿z方向）100mm。頂板和底板厚5毫米，方形蜂窩芯板厚0.76毫米，蜂窩網(wǎng)之間的間距為30.5mm。

• 由對稱性取四分之一進行建模，使用31×31×5個C3D8R單元將頂?shù)變蓚€板離散化，蜂窩芯沿著芯的高度使用30層S4R殼單元，如圖3所示。

  圖2 蜂窩狀網(wǎng)狀夾層結(jié)構(gòu)幾何模型

  

                              圖3 網(wǎng)格劃分




模擬參數(shù):

夾層結(jié)構(gòu)的頂板和底板以及蜂窩芯實心板均由高延展性不銹鋼合金（Al-6XN）制成，由49％Fe，24％Ni，21％Cr和6％Mo組成[1]。

楊氏模量為MPa，泊松比為0.35，密度為公噸/mm3，膨脹系數(shù)為Nmm/公噸。

Johnson-Cook模型用于模擬彈塑性力學行為：





相變溫度為293K，熔融溫度為1800K。





初始條件、邊界條件、加載:

• 初始溫度為273K

• 假定對稱行為，只去四分之一的結(jié)構(gòu)被建模，板的中心位于X-Y平面的原點。對于X=305mm和Y=305mm兩個平面固定所有自由度（ENCASTRE）；X=0平面設(shè)定為x軸對稱邊界條件（XSYMM），同理對于Y=0平面設(shè)定為YSYMM。

• CONWEP爆炸載荷施加在板的頂部表面上，爆炸源位于垂直于板頂面中心距離為100mm的位置，加載3kgTNT爆炸荷載。




相互作用:

• 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與頂?shù)装宓暮附油ㄟ^Tie命令進行點與點的綁定，詳細inp關(guān)鍵語句如下：

• 結(jié)構(gòu)沖擊變形后頂?shù)装迮c夾層之間的相互作用設(shè)置為通用接觸

** Constraint: Bottom-Weld
*Tie, name=Bottom-Weld, adjust=no, tied nset=Honeycomb-1.Bottom
Honeycomb-1_Bottom_CNS_, Bottom-Plate-1.Top
** Constraint: Top-Weld
*Tie, name=Top-Weld, adjust=no, tied nset=Honeycomb-1.Top
Honeycomb-1_Top_CNS_, Top-Plate-1.

模擬結(jié)果:









參考文獻:

[1]Nahshon, K., M. G. Pontin, A. G. Evans, J. W. Hutchinson, and F. W. Zok, “Dynamic Shear Rupture of Steel Plates,” Journal of Mechanics of Materials and Structures, vol. 2–10, pp. 2049–2066, December 2007.

來源：ABAQUS大世界