彈體沖擊
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-02
彈體沖擊的視頻教程
沖擊破壞問題建立內部接觸關系
在沖擊破壞問題中，單元出現失效與斷裂后，內部單元與沖擊彈體的接觸問題需要單獨設置，本視頻主要介紹在abaqus中如何設置內部的接觸。 教程無聲，重點地方有強調
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彈體沖擊的實例教程
試驗與數值仿真得到的彈體初始速度 vi和剩余 速度 vr如表 2 所示，為綜合量化兩種斷裂準則預測 的剩余速度與試驗結果的誤差，引入了一個相對誤 差參數 rv [22]
式中， s ir v 和 t ir v 分別表示第 i 次沖擊速度下數值仿真 和試驗得到的剩余速度，其數值越小表示預測的精 度越高。因此可以發現，WMJC 斷裂準則預測的彈 體剩余速度與試驗結果更為接近，如表 3 所示。 此外，存在一個臨界沖擊速度值，使得彈體剛 好穿透靶板，將此臨界速度稱為彈道極限速度，其 作為衡量靶板抗沖擊性能的重要參數。利用 Recht-Ipson(R-I)公式[23]對彈體初始與剩余速度進行 最小二乘法擬合獲得，R-I 公式如下所示
式中，a 和 p 為模型參數，a=mp/(mp+mpl)，其中 mp為彈體質量，mpl 為沖塞質量，因此平頭彈和半球形
頭彈沖擊下，0<a<1，卵形頭彈沖擊下，a=1；而 p的取值一般大于 2[24]。vbl 為彈道極限速度。
各彈體的擬合結果如表 3 和圖 5 所示，兩種 斷裂準則預測的平頭彈體的彈道極限速度最低， 其次為半球形頭彈體，而卵形頭彈體最高。MJC 斷裂準則預測的平頭彈體、半球形頭彈體和卵形 頭彈體的彈道極限相比試驗結果分別高出20.4%、17.4%和 5.6%，而 WMJC 預測的結果與 試驗值十分接近，均在 4%以內。因此，在計算 不同頭部形狀的彈體沖擊 6061-T651 鋁合金板 時，WMJC 斷裂準則計算出的彈道極限比 MJC 斷裂準則更加準確。
能量吸收率 Ea 作為衡量靶板抗沖擊性能的另 一個重要參數，可以有效表示靶板在不同沖擊速度 下的防護性能。
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 為提高裝甲抗沖擊性能，當前世界各國的步兵戰車普遍開始了重型化的發展趨勢，但隨之而來的是車輛機動性的減弱。在面對裝甲車輛機動性和防護性能之間的矛盾時，鋁合金裝甲因其比強度高于一般合金鋼，能夠達到較好的均衡性。裝甲材料性能要求不僅僅是在受到彈體沖擊時必須具備的抗沖擊性能，還要求有抗板后破碎的綜合性能，也就是不但要防止被擊穿，還要防止碎裂。因此，需要對鋁合金板在彈體沖擊下的彈道極限和失效模式進行分析，采用的方法大致可分為實驗、理論分析和數值模擬三種。
在本文數值模擬中，靶板采用Johnson-Cook（JC）強度模型和累積損傷失效模型來描述靶材的力學性能，彈體材料模型服從Von Mise屈服準側，采用雙線等向強化模型。本文中靶板材料的具體數值如下圖所示：
為簡化計算，彈體材料模型選用LS-DYNA中的20號剛體材料本構模型。
2.2彈靶有限元模型
本文所采用雙層靶的有限元模型如下圖所示，靶體直徑為100，每層的厚度為0.5，層間間隙為2.3；彈體為圓柱形，直徑為2.8，彈長4。彈體和靶板網格均用Lagrange映射網格方法劃分為六面體單元，為提高計算精度，在靶體圓心處（即彈體沖擊位置）及附近區域的網格進行加密。
2.3 其他求解條件設置
求解之前，需要設置模型的邊界條件、沖擊速度等，具體內容參考下圖。
由于本模型為對稱模型，計算中可進一步簡化為1/4模型進行計算，在對稱邊界上施加對稱約束，在靶板邊界處施加非反射邊界，以此來模擬無限大靶板。
彈靶之間采用如下圖所示的三維面對面侵蝕接觸算法
除此之外，還要設置模型的終止計算時間以及結果輸出的時間間隔。
模型設置完成之后即可導出K文件，并利用ANSYS中的LS-DYNA求解器進行求解。
3、數值結果分析
以上為雙層靶板受平彈沖擊后米塞斯應力隨時間的變化展示。可以看出，頂層靶板首先被彈體沖擊發生擊穿現象，應力響應隨時間向周圍擴展，并且與平彈底部接觸的靶板單元發生整體脫落進而作用到底層靶板，底層靶板首先因受到脫落碎屑的沖擊而產生應力，但是這種沖擊載荷較小未使靶板失效，隨后平彈的繼續沖擊作用于底層靶板，最終導致靶板發生擊穿。
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。
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彈體沖擊的最新內容
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.
權威保障亮點
本地耦合（基于 ABAQUS/CFD）
基礎流固耦合分析（如共軛傳熱），需適配 6.10-2016 版本
針對版本限制提供專屬操作技巧，搭配實際案例演示，確保低版本軟件也能高效完成分析
多物理場（基于 CEL/SPH/ALE）
高速流體沖擊
裝甲材料性能要求不僅僅是在受到彈體沖擊時必須具備的抗沖擊性能，還要求有抗板后破碎的綜合性能，也就是不但要防止被擊穿，還要防止碎裂。因此，需要對鋁合金板在彈體沖擊下的彈道極限和失效模式進行分析，采用的方法大致可分為實驗、理論分析和數值模擬三種。
1 彈體沖擊靶板數值仿真模型建立
1.1 彈體沖擊靶板有限元模型
利用 ABAQUS/Explicit 軟件建立彈體沖擊靶板 的三維有限元模型，將彈體設置為剛體，彈體尺寸 如圖 1 所示。其中，平頭、半球形頭和卵形頭彈的 頭部曲率半徑比 CRH(Caliber radius head)分別為 0、 0.5 和 3。
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
彈體和靶板網格均用Lagrange映射網格方法劃分為六面體單元，為提高計算精度，在靶體圓心處（即彈體沖擊位置）及附近區域的網格進行加密。
2.3 其他求解條件設置
求解之前，需要設置模型的邊界條件、沖擊速度等，具體內容參考下圖。
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。
4仿真結果
4.1米塞斯應力云圖
由圖可知，彈體高速沖擊陶瓷材料，應力是以圓圈向外擴散，在圓圈中心處應力值最大。隨著彈體沖擊陶瓷，陶瓷出現破碎，即圖2中鋸齒狀網格顯示。
圖2 米塞斯應力云圖
4.2損傷
在歷史變量中定義后（history#2），即可查看陶瓷材料的損傷云圖如圖3（a-b）所示。
工程實例：泰勒桿沖擊
7.工程實例：高速彈體沖擊侵徹失效計算
8.
結構多激勵的諧響應計算
案例13、泰勒桿沖擊的瞬態動力學計算
案例14、齒輪動力學計算
案例15、響應譜數據的生成方法
案例16、電子產品支撐架的響應譜計算
案例17、電路板的隨機振動分析
案例18、結構的隨機振動疲勞壽命計算
案例19、多連桿機構的剛柔耦合分析
案例20、電路板的跌落分析
案例21、點焊結構沖擊失效分析
案例22、泰勒桿沖擊
案例23、高速彈體沖擊侵徹失效計算
