爆炸與沖擊中的一些數值仿真方法
對于一些大型的模型,如爆炸沖擊波對建筑物的破壞等。由于爆炸過程中網格的尺寸效應較為明顯,只有很小的網格采用較好的模擬爆炸初期的沖擊波,(網格大的話,沖擊波的壓力峰值會變得很低),但是由于計算機的性能有限,所以我們可以通過先建立1維或者2維的模型,然后通過將1維或者2維的結果導入到3維模型中,方便進行結果查看。如通過先進行2維爆炸的計算,生成map文件,然后用提取到3d模型中計算即可。
Figure 1 LS-DYNA中的二維結果映射到三維
Figure 2 Autodyn中一維結果映射到三維
還有一些情況如我們需要先用歐拉域計算一些爆炸結果,如金屬射流或者EFP等,等計算完成后需要提取結果對靶板進行侵徹,這個時候也可以通過結果映射,將前期計算的結果導入到模型中,完成計算。
Figure 3 射流的計算
Figure 4 射流結果提取并進行侵徹計算
在計算爆炸問題的時候,經常有一些異形炸藥的結構,其網格比較難以劃分,在autodyn和LS-dyna中都提供又基于一種幾何映射的網格劃分方式。對于dyna可以通過*initial_volume_fractioan_geometry進行幾何的映射。在autodyn中可以通過在歐拉域通過fill by part的操作進行模型網格的轉化。
對于一些沙土問題、材料混合攪拌等,其具有離散性質,其顆粒不均勻性,在仿真模擬中較難建模。可以使用sph方法進行建模,其計算時間會較長單元與單元之間沒有強度,但是有阻尼和摩擦,這種情況下使用DEM(離散元)方法是最合適的。
Figure 5 LS-DYNA中的DEM方法
SPH能夠較好的模擬混凝土等一些脆性材料,但是其計算時間較長,所以我們會在模擬一些問題的時候在需要考察的關鍵部位采用sph粒子,在其他區域采用FEM的網格即可,通過對SPH粒子和FEM網格之間定義好接觸和綁定,即可完成SPH和FEM網格的耦合,即減少了計算時間,又能夠得到計算所需要的效果。
Figure 6 Autodyn中SPH和FEM耦合
總而言之,在爆炸沖擊計算過程中,有很多的計算方法,其宗旨在于更精確的結果,更高的計算效率和更方便的建模。
來源:CAE技術資訊
作者: 卞曉兵
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