彈體
關注創建者：laplacianFoam 創建時間：2020-07-04
彈體的視頻教程
LS-DYNA彈體對混凝土先侵徹后爆炸（侵爆）數值模擬
采用LS-DYNA軟件講解了彈體對混凝土先侵徹后爆炸（侵爆）數值模擬過程。使用了完全重啟動和流固耦合法模擬彈藥對靶體的破壞。 采用ANSYS軟件劃分網格，其余前處理操作及所有關鍵字均在ls-prepost進行設置，較適合對關鍵字格式和參數不熟悉的朋友學習。 若對學習有幫助，期待5星好評。
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彈體侵徹靶板FEM-SPH耦合數值模擬
使用FEM-SPH耦合方法進行彈體侵徹靶板數值模擬，考慮到模型的對稱性，為提高計算效率，只建立四分之一模型。其中，靶板分為兩部分，在靶板中間的彈-靶直接作用區域采用SPH粒子劃分，選用SPH算法；外圍靶板采用有限元網格劃分，選用FEM算法。模擬過程示范了SPH和FEM兩種算法的耦合方法，充分展示了SPH方法模擬大變形，以及FEM方法模擬連續介質力學行為的優勢。
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彈體的實例教程
超彈體仿真材料處理與本構擬合
1、橡膠超彈體材料處理
分析橡膠類仿真計算一般需要選擇超彈體材料模型，超彈體材料模型假設材料是各向同性的、等溫和彈性的，完全或接近不可壓縮，是真實橡膠行為的理想化。
對于橡膠超彈體進行模擬仿真應該首要進行材料曲線的擬合工作，主流CAE仿真軟件都提供了曲線擬合工具，可以幫助把實驗數據轉化成各種超彈模型能使用的應變能量密度函數系數。對于超彈體的試驗數據種類可以選擇圖1中所示的多種或者至少一種，一般認為能夠提供的數據種類越多，擬合的曲線越能表現真實橡膠特性，但對于以壓縮為主的仿真計算項目，建議試驗數據應該包括單軸壓縮或等雙軸拉伸。
圖1
應該注意的是用于擬合曲線的測試的數據（除體積測試數據）需要工程應力-應變數據，體積測試數據需要真實應力-應變數據。這與金屬非線性計算中塑性曲線擬合中收集數據方式不同，一般金屬塑性曲線需要工程應力-應變轉換為真實應力-應變。對于試驗數據需要調整滯回和應力軟化行為，采用穩定的曲線（應該偏移至零應力和零應變）用來進行曲線擬合，如圖2所示。
圖2
2、橡膠超彈體材料本構擬合
超彈體材料本構模型很多，如圖3所示。
圖3
同時同種本構模型又有不同的項數，例如常用的Mooney Rivlin 模型就有分為N=2，3，5和9項模型，可看作是多項式形式的特殊情形。
2項Mooney Rivlin模型相當于N=1的多項式形式，是最常用的模式之一。
3項Mooney Rivlin模型與N=2且 的多項式形式類似。
5項Mooney Rivlin模型相當于N=2多項式形式。
展開 彈體與彈體底蓋：在模型處理中通過共節點連接，該部分不會引入額外剛度。
2. 壓螺部分通過外螺紋結構（模型中已省略）與彈體連接并作為限位器限制裝填于彈體內部的測試體結構沿彈體軸向的運動，因此將壓螺部分外螺紋區域與彈體結構進行固連接觸；壓螺底端與彈體后蓋部分不設置接觸。
3. 傳爆序列的形態簡化。如圖5所示，傳爆序列位于彈體內部測試體前端，并通過預制于彈體結構的孔洞與前端的裝填物連接。較之典型的傳爆結構，該結構的形態明顯經過簡化，如果直接將其處理為金屬（鋁/鋼）團塊，并通過固連接觸分別與彈體和引信直接連接，會導致局部結構剛度的異常升高，并改變彈體結構傳力路徑。在本輪模型調試中，在模型處理時將其移除，并替換為一組總質量為384.1g的集中質量單元，均勻分布于原金屬團塊的占位孔四周。
圖5 傳爆結構占位
4. 引信基座、引信殼體及引信內部的接觸關系處理原則
對參與模型內部軸向傳載的不可分離接觸面，使用綁定接觸進行處理，以保證彈體結構軸向剛度的準確性；對不參與軸向傳載，且可進行切向滑移的接觸面，不作額外的接觸處理，以防止引入不存在的扭轉及抗彎剛度。
1. 工況1仿真結果
工況1的計算模型如圖6所示。
圖6 工況1-多層金屬靶板侵徹計算模型
圖7-1，圖7-2，圖7-3及圖7-3分別給出了彈體結構在各個時刻擊穿鋼制靶板的瞬間形態。圖8則給出了彈體結構在擊穿第一層鋼靶板時刻的局部放大視圖。
圖7-1 侵徹歷程
圖7-2 侵徹歷程
圖7-3 侵徹歷程
圖7-4 侵徹歷程
圖7-5 侵徹歷程
圖8 彈體-鋼靶板侵徹過程局部放大視圖
提取引信位置的過載曲線，如圖9所示。可以檢測到非常明顯的過載峰值信號。
展開 彈體高速撞擊擋風玻璃的FEM-SPH仿真對比分析
1選題意義：高速彈體侵徹的顯示動力學仿真已經有很多學者對此進行了透徹的研究，按照侵徹目標體建模采用的算法可分為彈體侵徹FEM目標體、彈體侵徹SPH目標體。FEM算法由于計算效率高、邊界條件易于處理而得到廣泛應用，采用SPH算法能夠更加準確反映大變形問題，如破碎、裂紋等物理想象而多被用于科學研究中。本文針對于此，分別采用FEM SPH算法建立了高速彈體沖擊擋風玻璃的仿真建模，對比了兩種不同建模方法實現沖擊擋風玻璃后損失形貌與實際形貌的準確度，總結了FEM與SPH算法各自的優缺點，最后對此類侵徹問題的發展趨勢做出了展望。
2有限元方法分析
2.1模型假設及建立
彈體高速沖擊擋風玻璃的模型中，玻璃相對彈體可以看成無限大平面，外，模型假設彈體沖擊玻璃中心區域，所以可以建立四分之一模型，以減小計算量。彈體及玻璃平面模型較為簡單，本文直接在ANSYS中進行幾何模型的建立，建模采用APDL語言建模。
2.2區域網格劃分
高速沖擊問題中，網格劃分精度影響最終計算結果。因此對玻璃平面劃分區域后，按照區域進行網格精度控制，在四分之一彈體下方直接與其接觸的玻璃部分網格劃分密一點，對四分之一玻璃邊界區域網格控制同樣需要精密一點，避免邊界應力集中，在遠離彈體直接接觸部分采用六面體稀疏網格，模型網格劃分結果如圖1所示。
圖1 模型網格劃分
2.3其他前處理
網格劃分完成后，進行其他在ANSYS中較為容易的前處理設置，如初始速度，求解時間，能量控制，輸入接觸力等，對于接觸設置，邊界條件設置等其他較為復雜的可以在LSPP中完成。（個人認為LSPP中對接觸，邊界條件的設置較為簡單）。
展開 基于Lagrange及SPH算法的彈體侵徹雙層靶材仿真.pdf
彈體對鋼靶材的侵徹在軍工防護領域應用廣泛，鋼靶材侵徹的破壞情況與彈體的變形程度對理解高速侵徹的作用機理具有重要意義。通過Lagrange算法建立靶材模型來分析鋼靶材的應力應變、沖擊中的能量變化及計算精度，得出了鋼靶材的應力圍繞沖擊中心圓形擴散，靶材邊界處的應力效應也得到消除，無應力反彈現象出現；仿真繼續得出靶材的最大失效應力為12100 MPa，彈體沖擊造成的第1、2層鋼靶材損傷截面面積分別為364、366 cm2，彈體在1300 m/s的高速沖擊下發生了嚴重的變形與破壞，彈體末端逐漸向沖擊反方向膨脹，直至發生塌陷破壞，坍塌深度達2.29 cm；文末最后亦提供了基于SPH算法的靶材侵徹結果，通過采用局部SPH粒子細分的方法建立不同密度的靶材SPH單元來模擬彈體的高速侵徹行為，通過能量曲線發現其侵徹結果更加穩定，沒有過多紊亂情況，為采用更加高效的有限元建模算法來研究侵徹失效行為提供了依據。
展開 焊接技術在空空導彈彈體的制造工藝中占有重要地位。目前，空空導彈彈體中幾乎所有的重要部件，包括動力部件殼體、各艙段殼體、舵面和翼面等，都是通過焊接組合而成的。先進焊接技術的采用還使以前認為無法進行加工的焊接結構和難以接近的焊接部位得以實現可靠的焊接，這對新一代先進空空導彈的研制開發起到了重要的促進作用。可以毫無夸張地說，沒有先進焊接技術作為支撐，就沒有現代空空導彈彈體結構的發展。
空空導彈彈體的焊接特點
1 焊縫質量要求嚴格
由于在飛行過程中空空導彈的彈體不但要承受很大的縱向和橫向過載，而且動力部件殼體還要承受高速氣流的沖擊和火yao燃燒時高溫高壓的惡劣環境，這就對其焊縫的質量、焊接接頭的力學性能等技術指標提出了很高的要求。因此設計一般都選用國軍標、航天系統的標準作為焊縫探傷和接頭質量驗收的依據，焊縫大都定為I級要求。
2 尺寸精度難以保證
空空導彈的彈體大都是筒形薄壁細長結構件，設計對其圓度、直線度、跳動量提出了很高的要求。但由于其筒壁薄、剛性差、易變形，而且由多個零件組成，如某艙段殼體，由60多個零件通過多種焊接方法組合為一個整體，不但焊接變形難以控制，而且各零件之間的相對位置精度也難以保證。
3 材料的焊接性較差
為了減輕重量、增加射程，設計所選用的材料大都是超高強度合金鋼、馬氏體沉淀硬化不銹鋼、高強鈦合金、高強鋁合金等比強度高的材料。一般來講，對于鋼制零件，材料的強度越高，其焊接性就越差，而高強鈦合金、高強鋁合金等有色金屬由于易出現氣孔、裂紋等缺陷更是難以焊接出高質量的焊縫。
空空導彈彈體制造常用的先進焊接方法
根據空空導彈彈體的焊接結構特點和所用材料的分析，焊接時必須選用能量集中、熱輸入小、所引起的變形小的焊接方法。
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案例覆蓋核心強非線性場景：課程精選的案例全面覆蓋不同類型的流體大變形與固體交互問題，每個案例均實現 “問題拆解 - 技術方案 - 全流程實操 - 結果驗證” 的深度教學：
案例一：高速彈體入水仿真（流體極端大變形 + 固體沖擊交互）
1) 問題特點：彈體高速沖入水中，水流產生破碎、飛濺等極端大變形，同時彈體與水體產生瞬時強沖擊，屬于典型的流體 - 固體強非線性交互；
2) 理論解析：講解
技術鄰課程：技能回報 “深且廣”
1) 能落地：直接用學到的方法完成自己的項目，比如某研究生用技術鄰教的 “ALE 方法”，1 周就完成了 “彈體入水” 仿真，論文數據直接用；
2) 可遷移：學會 “解決一類問題的思路”，比如學完 “剎車熱耦合”，能遷移解決 “電機散熱”“設備傳熱” 等問題，技能適用范圍廣；
3) 高回報：企業學員能幫公司優化產品（如降低剎車溫度、減少制動尖叫），獲得晉升機會
科研與通用機械領域：適配學術與工程雙需求
針對高校科研、通用機械場景，技術鄰提供科研級與實用級雙重案例：
案例 1：高速彈體入水流固耦合仿真（科研場景）
1) 需求背景：研究高速彈體入水瞬間的沖擊壓力、流體飛濺形態及彈體結構響應，為水下兵器設計提供數據支撐；
2) 核心難點：ALE 方法的坐標系設置（選擇 “Eulerian” 描述流體，“Lagrangian” 描述彈體）、自由表面的捕捉
）、彈體加速度變化數據，復現實驗過程；
3) 應用成果：多名研究生學員用該方法完成 “彈體入水動力學” 課題，論文數據與實驗誤差控制在 3% 以內，順利通過答辯。
研究生常見痛點
1) 痛點 1：課題涉及流固耦合，但沒接觸過 ABAQUS，不知道從哪里開始建模；
2) 痛點 2：仿真結果與預期不符，比如 “彈體入水沖擊壓力算出來是實際的 2 倍”，卻找不到原因；
3) 痛點 3：時間緊，論文 deadline 臨近，沒時間慢慢摸索，急需快速出數據。
2.
核心應用場景
課程亮點
本地耦合（基于 Abaqus/CFD）
共軛傳熱、基礎流固相互作用（需適配 6.10-2016 版本）
拆解版本限制下的操作技巧，搭配溫度場仿真案例演示
多物理場（基于 CEL/SPH/ALE）
高速流體沖擊、高速彈體入水
