沖擊波傳遞
關注創建者：小海-有限元 創建時間：2023-10-30
沖擊波傳遞的視頻教程
瓦斯爆炸隧道內沖擊波特征及襯砌損傷機制數值研究
瓦斯爆炸隧道內沖擊波特征及襯砌損傷機制數值研究
瓦斯爆炸
采用LS-DYNA軟件的ALE（任意拉格朗日-歐拉）算法，建立了瓦斯爆炸沖擊波作用下隧道襯砌損傷機制的有限元模型。 私聊我發k文件（文件太大 無法上傳平臺）
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沖擊波傳遞的實例教程
在分析軍用車輛抗爆炸沖擊過程中，研究人員通常分析爆炸沖擊波對車輛結構的損傷而忽略高速破片對車輛結構的破壞。而有研究表明爆炸沖擊波與高速破片對于目標結構存在耦合作用，在耦合作用下目標結構的損傷情況要大于單獨作用[3]。在爆炸數值仿真方法上，任意拉格朗日-歐拉算法(ALE)在模擬爆炸沖擊波傳遞中有著較高的精度，被廣泛應用在爆炸數值仿真中[4-6]。但該算法需要建立大量的空氣和土壤網格，計算效率低，并且需要控制流固耦合參數防止流場泄漏，造成計算不穩定。隨后基于無網格的光滑粒子法(Smoothed particle hydrodynamics，SPH)被提出，以解決爆炸環境下大變形造成網格畸形問題。胡建宇[7]通過ALE算法對某裝甲車輛進行爆炸仿真分析，并對車輛底部梁結構進行優化；石秉良[8]采用SPH法模擬炸藥爆炸對駕駛室底部結構響應，驗證了SPH算法在處理車輛底部爆炸等問題的可行性。目前在研究破片類型上，主要分為預制破片[9]和自然破片[10]。預制破片分布比較規律，破片大小相似，無法模擬榴彈爆炸產生的大小不同的破片。本文研究的為榴彈爆炸產生的自然破片，相比預制破片更接近實際情況。
本研究首先通過爆炸沖擊鋼板臺架試驗，對比分析ALE算法和SPH算法中鋼板的最大殘余變形量、鋼板動能與內能，并與試驗結果對比，驗證SPH法的精度。其次建立某軍用車輛和大口徑榴彈有限元模型，并對淺埋榴彈爆炸形成自然破片的過程進行仿真。最后以某軍用車輛為例，分析了淺埋榴彈爆炸，沖擊波和破片聯合作用下的車身結構損傷情況。
展開 使用了*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY關鍵字將炸藥填充在空氣域中，該關鍵字的使用方法見lsdyna軟件使用手冊，詳細設置可參考手冊上的例子
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這里我們通過一個四周受限三維桿來模擬一維桿的應力波傳遞問題。桿的一端固定約束，一端自由。彈性模量207Gpa，泊松比0.3，密度7.8g/cm3。桿件自由端承受沖擊載荷，載荷大小為100Kpa，持續時間3.88e-5s。
（一）建模過程介紹
這里重點介紹沖擊載荷的建立過程，其它步驟與一般動態分析步驟相同。由于沖擊載荷是瞬時施加的，持續一段時間之后載荷大小忽然變化為零。這樣一個隨時間變化的載荷或邊界條件可以通過ABAQUS的Amplitude功能實現，我們首先定義一個幅值曲線。執行Tools/Amplitude/create命令，在Create Amplitude對話框中，將幅值曲線命名為Impact,Type選項選為Tabular表格輸入，單擊Continue
按鈕繼續，在Edit Amplitude對話框中輸入下圖所示數據。
（一）關于顯示算法的條件穩定及網格劃分
我們使用顯示算法進行波傳遞的模擬，有必要了解下顯示算法的條件穩定問題。簡單來說就是時間增量步長不能大于某一數值，稱為穩定時間步長限制值。當增量步超出這一數值時，會導致計算結果無邊界的振蕩發散。大部分情況下，要精確確定穩定增量時間步長是很困難的，因此，在計算中選擇穩定時間增量步長通常要保守一些。對于無阻尼的情況下，穩定時間步長限
模型的最大頻率與很多因素有關，ABAQUS/Explicit還提供了一個簡便且保守的估計方法，它從每個單元的角度出發，而不是對整個模型進行考慮。研究表明從各個獨立單元確定的最大頻率總是比整個模型的最高頻率要高。因而有：
由于我們這里關注的是波在桿件中的傳播，因而必須將網格劃分得足夠細。經驗表明，沖擊載荷的跨度在10個單元內是較為合適的。由載荷的持續時間得知沖擊載荷結束后波傳播的長度為0.2m。因此，每個單元的長度為0.02m。
展開 因課題存在縮減計算域的需求，需要使用邊界條件方法對ALE單元施加水中沖擊波載荷，本算例將采用*BOUNDARY_AMBIENT+*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION兩個關鍵字的組合在LS-dyna中加載平面沖擊波，付費文件包括網格生成命令流文件（ls-prepost）、K文件、參數參數設置依據等內容，施加邊界條件的方法如下：
1、*BOUNDARY_AMBIENT施加位置
圖1 *BOUNDARY_AMBIENT施加位置
*BOUNDARY_AMBIENT使用兩條*DEFINE_CURVE，分別定義該處單元的單位參考體積內能和相對體積時間歷史。
2、*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION施加位置
圖2 *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION施加位置
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION使用一條*DEFIN_CURVE，定義該處節點的速度曲線，關鍵字中的VID可以定義速度方向。
3、仿真結果
圖3 不同位置處的壓力曲線
4、理論曲線與仿真曲線
圖4 定義載荷曲線與仿真載荷曲線
圖4中"定義載荷曲線"由*DEFINE_CURVE定義的單位參考體積內能（E=ρ0*e）和相對體積（ν=ρ0/ρ）代入狀態方程*EOS計算得到。
若定義的載荷曲線考慮激波上升段，仿真曲線和定義載荷曲線之間的體積粘性壓力損失將會減少，誤差也將更小。
本文方法與
兩種平面沖擊波加載方法（LOAD_BLAST_ENHANCED、*BOUNDARY_AMBIENT）
相比具有更準確的仿真結果。
展開 平面沖擊波在樣品中傳播，波陣面后樣品原子無序化
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LBE.pdf
Setting+up+Load+Blast+Enhanced+in+LS-DYNA.pdf
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功能
1、計算不同比例距離處的超壓時間曲線，給出多種超壓峰值計算模型、沖擊波到達時間計算模型、脈寬作用時間計算模型，多種模型可以搭配選擇。
2、計算不同比例距離處的超壓峰值、沖擊波到達時間、脈寬作用時間；
3、軟件中可以導入試驗數據，驗證數學模型的準確性。
4.1 輸入參數
圖4-1為炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件的初始參數參數輸入界面
因課題存在縮減計算域的需求，需要使用邊界條件方法對ALE單元施加水中沖擊波載荷，本算例將采用*BOUNDARY_AMBIENT+*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION兩個關鍵字的組合在LS-dyna中加載平面沖擊波，付費文件包括網格生成命令流文件（ls-prepost）、K文件、參數參數設置依據等內容，施加邊界條件的方法如下：
1、*BOUNDARY_AMBIENT施加位置
數值仿真，大家共同學習進步
炸藥為8701炸藥，高度18.2cm,直徑9.1cm
破片為球形鎢破片，單枚直徑0.7cm，交錯緊密排布
圓柱殼體材料為Al12
作用距離為80cm,沖擊波和破片耦合作用區間
采用load blast關鍵字，加載面為半個圓柱面
使用了*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY關鍵字將炸藥填充在空氣域中，該關鍵字的使用方法見lsdyna軟件使用手冊，詳細設置可參考手冊上的例子
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<p><img src="https://img.jishulink.com/202311/imgs/a7af80353c6b498fae43addbf7b7138b.png"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202311/imgs/7d224b28249c4cb992d7b9114e9885c0.png"></p>
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平面沖擊波作為研究爆炸沖擊波傳播、沖擊波與結構流固耦合的基礎性研究手段，無論是科學研究還是工程應用都使用廣泛，適用性強，本算例將采用*LOAD_BLAST_ENHANCED和BOUNDARY_AMBIENT兩種常用方法在LS-dyna中加載平面沖擊波，付費文件包括K文件、關鍵字解釋、參數設置依據和方法等內容，為step-by-step教程，其中文檔部分內容如下：
Hydraulic impact caused by servo valve start-stop
使用壓力變化量來量化液壓沖擊強度，則第1類液壓沖擊強度計算公式為
式中：ρ為管道中油液的密度；v1和v2分別為閥芯換向前、后的油液流速；c為管道中液壓沖擊波的傳遞速度。由式（3）可知，第1類液壓沖擊與控制閥的開啟時間密切相關。
可考慮目標移動；
可考慮多種目標，多個彈體，同時/依次作用；
可考慮沖擊波、破片毀傷；
可考慮目標內部細節破壞情況；
可考慮彈目交匯、起爆時間、起爆時序；
破片戰斗部動爆/靜爆、爆炸成型彈丸EFP動爆；
時間尺度從微秒（毀傷元成型）到秒（彈目交匯+對目標毀傷）級別；
尺寸跨度從mm（戰斗部尺寸）到m（目標尺寸）級別。
破片采用Lagrange算法
