隨機(jī)彈丸的案例
基于ABAQUS的python不同噴丸角度的隨機(jī)彈丸噴丸插件
Python實(shí)現(xiàn)可變噴丸角度的隨機(jī)彈丸分布
噴丸是一種典型的強(qiáng)化手段，采用高速彈丸反復(fù)撞擊材料表面，使表層發(fā)生塑性變形，從而引入顯著殘余壓應(yīng)力，增大零件表面硬度，細(xì)化晶粒，有利于提高材料的抗疲勞性能。
噴丸覆蓋率和噴丸角度作為噴丸工藝中最重要的工藝參數(shù)之一，直接影響噴丸工藝的加工質(zhì)量。覆蓋率C表示為被噴零部件表面上的彈痕面積與零部件總面積的比值，可通過(guò)阿夫拉米公式計(jì)算：
單彈丸模擬結(jié)果
r為單個(gè)彈丸撞擊后留下的彈坑半徑；N 為彈丸個(gè)數(shù)。
ABAQUS軟件作為一款強(qiáng)大的非線性軟件，在沖擊領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。本帖主要通過(guò)ABAQUS的python二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)機(jī)械噴丸強(qiáng)化過(guò)程，并根據(jù)單彈丸噴丸后的結(jié)果結(jié)合阿夫拉米公式近似得到一定覆蓋率下的彈丸個(gè)數(shù)。
噴丸速度與噴丸強(qiáng)度有關(guān)，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中以ALMEN試片的弧高值表征噴丸強(qiáng)度，在模擬中以100%覆蓋率下的噴丸速度表征噴丸強(qiáng)度，下面是ALMEN試片噴丸后的變形特征。
ALMEN試片噴丸后的位移變化
下圖為通用機(jī)械噴丸插件，可以根據(jù)覆蓋率輸入彈丸參數(shù)：彈丸個(gè)數(shù)、彈丸大小，彈丸本插件采用的是可變形體，需要材料參數(shù)，噴丸角度以90度最佳，小角度噴丸在相同噴丸強(qiáng)度下容易出現(xiàn)損傷；靶材參數(shù)：靶材大小與靶材的材料參數(shù)。其次還有分析步時(shí)間以及網(wǎng)格大小，分析步時(shí)間其實(shí)可以通過(guò)噴丸速度與最高彈丸位置點(diǎn)計(jì)算，本插件仍然可以優(yōu)化，彈丸采用解析剛體減少計(jì)算量。
機(jī)械噴丸插件
下面是一些插件的案例。
展開(kāi) ABAQUS機(jī)械噴丸 ￥399
機(jī)械噴丸：
利用彈丸高速?zèng)_擊到靶材，使其表面產(chǎn)生塑性變形產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及加工硬化從而提高材料的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。
影響噴丸強(qiáng)度的工藝參數(shù)主要有：彈丸直徑、彈流速度、彈丸流量、噴丸時(shí)間等。彈丸直徑越大，速度越快，彈丸與工件碰撞的動(dòng)量越大，噴丸的強(qiáng)度就越大。噴丸形成的殘余壓應(yīng)力可以達(dá)到零件材料抗拉強(qiáng)度的60％，殘余壓應(yīng)力層的深度通?？蛇_(dá)0.25mm，最大極限值為１mm左右。噴丸強(qiáng)度需要一定的噴丸時(shí)間來(lái)保證，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，噴丸強(qiáng)度達(dá)到飽和后，再延長(zhǎng)噴丸時(shí)間，強(qiáng)度不再明顯增加。在噴丸強(qiáng)度的阿爾門試驗(yàn)中，噴丸強(qiáng)度的表征為試片變形的拱高。
隨機(jī)噴丸
ABAQUS支持的四種粒子生成的概率密度函數(shù)
正態(tài)分布 對(duì)數(shù)正態(tài)分布 均勻分布 分段線性分布
深度方向殘余應(yīng)力圖
機(jī)械噴丸包括：?jiǎn)?em>彈丸、多彈丸和隨機(jī)彈丸
文件中多彈丸的建模采用陣列彈丸建模，隨機(jī)彈丸的建模參考：
基于ABAQUS的python不同噴丸角度的隨機(jī)彈丸噴丸插件_Python腳本 abaqus模擬噴丸-技術(shù)鄰 (jishulink.com)
上述移動(dòng)式機(jī)械噴丸模擬只作為參考，只作為演示，具體理論精確控制參考：
ABAQUS粒子生成器如何控制粒子的生成個(gè)數(shù)_abaqus dem模擬 ABAQUS-技術(shù)鄰 (jishulink.com)
粒子透明下塑性應(yīng)變動(dòng)畫(huà)
上述動(dòng)畫(huà)參考付費(fèi)文件的隨機(jī)噴丸的第二個(gè)speed70.inp文件以及inp修改的最新txt文件以及最為準(zhǔn)確的解釋
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沖擊動(dòng)力學(xué) | 問(wèn)題討論 2022第4期
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展開(kāi) Abaqus隨機(jī)球體三維建模插件 ￥98
插件介紹
AbyssFish_RandomSphere3D V2.0 插件可在Abaqus內(nèi)參數(shù)化生成隨機(jī)分布的球體部件及與之適配的多孔長(zhǎng)方體部件。插件可用于構(gòu)建球體骨料混凝土細(xì)觀、隨機(jī)彈丸、泡沫混凝土、多孔結(jié)構(gòu)模型等，可設(shè)置模型的尺寸、球體的粒徑分布、球體比例等參數(shù)。
模型說(shuō)明
插件采用部件（Part）裝配方式，分別建立隨機(jī)分布的球體及帶有孔洞的長(zhǎng)方體部件，并進(jìn)行模型裝配。
插件建立的模型中每個(gè)球體為一個(gè)獨(dú)立的部件，且插件已對(duì)所有球體進(jìn)行空材料的指派，用戶可批量更改球體的截面屬性。
模型中所有球體可以批量進(jìn)行網(wǎng)格劃分，方便用戶使用。
注意，插件僅完成了幾何部件的裝配操作，并未指定材料屬性、分析步、相互作用、載荷、網(wǎng)格等，此部分內(nèi)容需要用戶根據(jù)模擬內(nèi)容自行設(shè)置。
參數(shù)說(shuō)明
Length、Width、Height：設(shè)置模型的長(zhǎng)寬高尺寸，分別對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸x， y，z方向。單位全局統(tǒng)一即可。
Radius_Max、Radius _Mid、Radius _Min：大中小三種粒徑球體的半徑分布區(qū)間。粒徑區(qū)間設(shè)置可連續(xù)也可不連續(xù)，可指定所有粒徑大小一致。
Ratio：當(dāng)前組球體占所有球體的比例，比例為體積比。
Volume ratio：所有球體的體積占長(zhǎng)方形體積的比例。
Gap_min：球體之間可能存在的最小間距，本參數(shù)設(shè)置是為了防止球體之間距離過(guò)小造成模型中存在小邊，而影響到后期的網(wǎng)格劃分，此參數(shù)設(shè)置建議大于外側(cè)長(zhǎng)方體的最小單元尺寸。
Timeout：最大投放次數(shù)，模型采用隨機(jī)投放算法，達(dá)到設(shè)定的投放嘗試次數(shù)后停止。
展開(kāi) 
“古典”噴丸強(qiáng)化的abaqus仿真 ￥2999
本文模型特點(diǎn)介紹
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，噴丸仿真從二維走向三維，從單個(gè)彈丸走向多個(gè)彈丸，也從規(guī)則的彈丸排布走向了隨機(jī)的彈丸排布，逐漸接近真實(shí)的噴丸過(guò)程。本案例提供具有實(shí)體彈丸的隨機(jī)噴丸仿真腳本，因?yàn)閷?shí)體彈丸數(shù)量越大，計(jì)算規(guī)模越大，為了控制計(jì)算規(guī)模，“等效”的分析方法就十分重要了，這里具體包括：
噴丸強(qiáng)度等效，即阿爾門試片高度
工件材料RAE（representative area element），因?yàn)橛邢?em>彈丸的覆蓋面積有限，因此必須找到能代表區(qū)域殘余應(yīng)力，區(qū)域覆蓋率的“單元面積”。
腳本運(yùn)行效果
彈丸大小，入射速度，入射角度，彈丸數(shù)量均可調(diào)：
某組參數(shù)示意：
計(jì)算結(jié)果：
當(dāng)調(diào)試參數(shù)時(shí)，也可以批量提交多組參數(shù)計(jì)算。
完整前后處理腳本，可輸出覆蓋率，表面粗糙度結(jié)果。
腳本運(yùn)行環(huán)境：abaqus 6.11及以上。
展開(kāi) “現(xiàn)代”噴丸強(qiáng)化及阿爾門強(qiáng)度的abaqus仿真
通常來(lái)說(shuō)模擬噴丸過(guò)程有如下幾種套路：
單粒實(shí)體（或有質(zhì)量的剛性殼體，下同）彈丸沖擊平面靶材，適用于機(jī)理研究，合理的計(jì)算時(shí)間較短，一般在幾分鐘到幾十分鐘之間。
多粒規(guī)則排布實(shí)體彈丸沖擊平面靶材，適用于機(jī)理研究，殘余應(yīng)力分布研究，合理的計(jì)算時(shí)間隨彈丸數(shù)量的增加而增加，一般在1~5小時(shí)左右。
多粒隨機(jī)排布實(shí)體彈丸沖擊平面靶材，適用于機(jī)理研究，殘余應(yīng)力分布研究，覆蓋率研究，表面粗糙度研究。如果專注于殘余應(yīng)力研究，此方法相比方法2并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，反而要花費(fèi)不少時(shí)間在前處理上。此方法合理的計(jì)算時(shí)間隨彈丸數(shù)量的增加而增加，通常達(dá)到100%覆蓋率和較均勻的應(yīng)力分布時(shí)，再附加一小段穩(wěn)定應(yīng)力波動(dòng)的時(shí)間，隨后即可停止計(jì)算，根據(jù)通常計(jì)算規(guī)模，計(jì)算時(shí)間從幾小時(shí)到幾十小時(shí)不等。
離散元模擬彈丸沖擊任意形狀靶材，適用于殘余應(yīng)力分布研究，噴丸成形研究，覆蓋率研究，表面粗糙度研究。仿真過(guò)程較為接近真實(shí)工藝，但是由于計(jì)算時(shí)間的約束，無(wú)法模擬真實(shí)工程中幾十秒到幾分鐘的大時(shí)間跨度過(guò)程。只能在合理的范圍內(nèi)，對(duì)工藝時(shí)間進(jìn)行大比例的壓縮。
等效方法（溫度等效法，壓力層法等等），此類方法適用于宏觀變形和應(yīng)力的研究，而且往往是在獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后才能進(jìn)行有意義的等效。無(wú)法研究覆蓋率，表面粗糙度等表面完整性指標(biāo)。但是勝在可以使用隱式分析，計(jì)算時(shí)間較短，可能是五種方法里最短的。不過(guò)對(duì)于復(fù)雜形狀的工件，其前處理較為繁瑣。
綜上分析，方法4在研究范圍上最為廣泛，較為適合研究機(jī)構(gòu)和高校的研究工作。近年來(lái)隨著有限元軟件的進(jìn)步，也逐漸變成一種常規(guī)手段。通過(guò)和腳本結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的參數(shù)試算和數(shù)據(jù)分析工作。本人之前曾經(jīng)發(fā)布過(guò)方法3的仿真過(guò)程帖子，將其稱為“古典”噴丸，那么與之相對(duì)應(yīng)，不妨將方法4稱為“現(xiàn)代”噴丸方法。
展開(kāi) AUTODYN | 多層藥型罩的串聯(lián)EFP成型計(jì)算
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爆炸沖擊算例
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爆轟加載
LS-DYNA | 炸藥空爆下發(fā)生的馬赫反射
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LS-DYNA | 復(fù)雜環(huán)境下炸藥空爆的爆炸沖擊波傳播
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水流沖擊相關(guān)
LS-DYNA | 水箱晃動(dòng)及流固耦合注意事項(xiàng)
LS-DYNA | 磨料水射流破巖
LS-DYNA | 模擬水的浮力
LS-DYNA
展開(kāi) HyperMesh | 教你畫(huà)過(guò)渡網(wǎng)格
（MEFP）的成型及侵徹
LS-DYNA | 爆炸成型彈丸（EFP）飛行流場(chǎng)
AUTODYN | 聚能射流質(zhì)量統(tǒng)計(jì)
沖擊起爆
LS-DYNA | 外界載荷作用下炸藥內(nèi)孔洞坍塌
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爆炸毀傷
AUTODYN | 爆炸對(duì)磚墻的作用
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LS-DYNA | 鋼筋混凝土抗爆的數(shù)值模擬
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WorkBench | 電磁軌道炮發(fā)射仿真（電磁場(chǎng)篇）
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代碼相關(guān)
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PyQt | 戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
爬蟲(chóng)+游戲 | Mathematica有趣實(shí)例
ChatGPT | LS-DYNA
展開(kāi) Python | 殺爆戰(zhàn)斗部破片飛散過(guò)程的可視化
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