沖擊波與破片聯合作用仿真的案例
沖擊波和破片對水箱的聯合作用
考慮沖擊波和破片聯合作用
只考慮破片
沖擊波和破片聯合作用PE靶板
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展開 圓柱形殼體在沖擊波和破片聯合毀傷作用下的動態響應 ￥15
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
LS-DYNA模擬聚脲涂覆鋼板在爆炸沖擊波-破片群聯合作用下的毀傷特性
本文利用LS-DYNA軟件模擬了聚脲涂覆鋼板在爆炸沖擊波及破片群聯合作用下的毀傷特性
1 數值計算模型
1.1計算模型建立
該數值模擬的物理模型如圖1所示。
圖1物理模型示意圖
Fig.1 Physical model diagram
使用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，建立了如圖2所示的1/4模型。本模型所有材料均使用3DSolid164單元。靶板四條側邊采取全約束方式固定，空氣邊界采用透射條件。
圖2有限元數值計算模型
Fig.2 Finite element numerical calculation model
考慮位置、厚度兩個因素，設計了10個工況：無涂覆、迎爆面涂覆2、4、6mm、背爆面涂覆2、4、6mm、雙側涂覆2、4、6mm。
1.2材料模型
1.2.1 RDX炸藥
采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BU-RN材料模型，配合JWL狀態方程描述。
1.2.2 空氣
*MAT_NULL理想氣體材料模型，結合EOS_LINEAR_POLYMIAL線性狀態方程表示。
1.2.3 ASTM1045鋼
采用*MAT_PLASTIC_K-INEMATIC本構模型表示，其高應變率效應可由Cowper-Symonds模型方程描述。
1.2.4 鎢合金破片
采用*MAT_JAHNSON_COOK本構模型結合G-RUNEISEN狀態方程。
1.2.5 聚脲彈性體材料
選用*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLATICITY多線性彈塑性材料模型。
2 計算結果及分析
2.1爆轟波傳播及破片飛散規律
爆轟波傳播如圖3所示。
圖3 爆轟波傳播
破片群的飛散過程如圖4(a)所示。
展開 
用戶作品賞析 | LS-DYNA模擬聚脲涂覆鋼板在爆炸沖擊波-破片群聯合作用下的毀傷特性
1.2.4 鎢合金破片
采用*MAT_JAHNSON_COOK本構模型結合G-RUNEISEN狀態方程。
1.2.5 聚脲彈性體材料
選用*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLATICITY多線性彈塑性材料模型。
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計算結果及分析
2.1 爆轟波傳播及破片飛散規律
爆轟波傳播如圖3所示。
圖3 爆轟波傳播
破片群的飛散過程如圖4(a)所示。
(a) 破片飛散過程
(a) Schematic diagram of fragmentation dispersion
(b) 破片著靶示意
(b) Schematic diagram of fragments impact on target
圖4 破片飛散及著靶
Fig.4 Fragments emission and impact on the target.
2.2 計算結果
圖5為各工況靶板迎爆面最終形變云圖。
展開 爆炸沖擊波與破片作用下車輛底部結構動響應數值仿真
爆炸沖擊波與破片作用下車輛底部結構動響應數值仿真
劉粟濤1，周云波1，張 明1，孫曉旺1，葉龍學2
(1.南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094；2.中國艦船研究設計中心， 武漢 430064)
摘要：針對爆炸沖擊波與高速破片對車輛的聯合毀傷問題，采用光滑粒子流體動力學算法模擬榴彈在土壤中爆炸產生爆炸沖擊波與破片聯合作用下車輛底部結構的響應。進行爆炸沖擊鋼板試驗，分別采用傳統的任意拉格朗日歐拉算法和SPH算法分析在爆炸沖擊下鋼板的動能、內能和破壞形態，并驗證SPH算法的可行性；采用SPH算法對榴彈在車輛底部爆炸進行數值仿真，分析榴彈形成自然破片的過程、破片速度分布以及車輛底部防護結構的沖擊響應。仿真結果表明，淺埋榴彈爆炸產生的沖擊波先于破片作用于車底結構， 沖擊波作用效果為結構大變形，破片作用效果為結構局部破壞，并且SPH算法可應用于爆炸沖擊波與破片聯合作用下車底結構響應的研究，為車輛防護結構設計提供參考。
關鍵詞：試驗臺架；車輛底部結構；SPH算法；自然破片；數值仿真
1 引言
軍用地面車輛在戰場上面臨各式各樣的威脅，如埋雷、簡易爆炸 裝置(IED)和其他動能彈的威脅[1]。這些威脅通常攜帶裝在金屬外殼中的烈性炸藥。當炸藥爆炸時，產生的高壓使金屬外殼膨脹破碎，并形成自然破片以非常高的速度傳播，最終產生的沖擊波和高速自然破片撞擊軍用車輛，對車輛及乘員造成損傷。
整車實爆試驗是驗證車輛防護性能最直接有效的方法，但由于其危險性大、試驗成本高、試驗周期長、不可重復等原因，在進行車輛防護性能評估時，通常采用有限元仿真技術結合試驗的方法，預測軍用車輛在各式威脅下車輛的結構響應和車內乘員的損傷情況，并為后續車輛防護設計提供基礎[2]。
展開 沖擊波和破片對靶板的聯合毀傷效應
沖擊波和破片對靶板的聯合毀傷效應
LS-DYNA模擬爆炸沖擊波-破片群在鋼制容器內爆炸作用分析
使用LS-DYNA軟件可以有效模擬爆炸、沖擊等問題，該文針對爆炸沖擊波-破片群在鋼制容器內爆炸的作用過程進行了模擬分析。
數值模型建立
圖1. 1/4模型圖
建立如圖所示的模型，其中裝藥采用60g炸藥；破片群以105顆直徑5mm的鎢合金鋼珠表示；鋼制容器為45號鋼材料，高20cm、直徑6cm、厚度4mm。網格如下圖所示。
圖2.網格示意圖
2.計算結果
裝藥起爆及驅動破片飛散過程如下圖所示。
圖3. 炸藥起爆及驅動破片飛散
通過模擬可看出，沖擊波先于破片作用于容器壁，并對容器產生破壞作用，使容器發生變形。
圖4. 炸藥先于破片對容器產生破壞
當破片群到達容器壁處時，將與沖擊波一起對容器造成破壞。對容器壁的瞬時最大壓力將達到0.4MPa。
圖5. 爆炸沖擊波-破片群聯合作用
最終在爆炸沖擊波-破片群的共同作用下，容器將發生花瓣狀破壞，其破壞程度將遠大于二者的單獨作用。
圖6. 容器發生花瓣狀破壞
展開 LS-DYNA | 考慮車輛移動、彈目交匯、內部結構、沖擊波、破片毀傷
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
只考慮動爆沖擊波，落高7m、落速500m/s、落角50°
只考慮動爆破片，落高7m、落速500m/s、落角50°
考慮破片和沖擊波
展開 預制破片沖擊靶板數值仿真 ￥500
利用后處理軟件對關鍵幀中的預制破片進行提取，重新生成K文件，借助重啟動算法對預制破片沖擊靶板進行數值仿真。其中靶板包括金屬板和金屬管。
非晶含能破片沖擊釋能溫度變化釋能仿真/LS-DYNA/FEM-SPH-熱力耦合 ￥180
目前含能破片有多種，研究較為廣泛是 金屬聚合物類破片（Al/PTFE，論文仿真國外實例：《Characterization and Modeling Methodology of Polytetrafluoroethylene Based Reactive Materials for the Development of Parametric Models》）、 金屬間化合物類（如Al/Ni）、 非晶破片和 髙熵破片等。關于非晶破片沖擊釋能的研究較少，因此簡單介紹非晶破片沖擊釋能溫度變化原理，理解仿真思路。
初始正文
仿真模擬破片為鋯基非晶破片，與金屬聚合物類破片釋能的反應原理不同，非晶破片主要由高溫的碎片與空氣發生金屬氧化反應釋放能量，無氣態產物生產，其超壓毀傷主要來自空氣吸熱膨脹導致。
一般評價測量含能破片沖擊釋能的方法為VCC（Vented Chamber Calorimetry）法，裝置如圖1，主要利用準靜態超壓峰值評價含能破片沖擊釋能大小，帖子作者認為該法適合用于生成氣體較多的破片如Al/PTFE。
圖1 VCC準靜態腔室量熱法
而非晶破片的超壓毀傷直接受高溫影響，利用溫度峰值評估非晶破片沖擊釋能更有說服力。借鑒VCC法，利用熱電偶替換壓力傳感器，測量容器內溫度。以此衡量非晶含能破片(生產氣體較少近乎無)的毀傷能力。改進測試裝置如圖2所示，裝置尺寸如圖3所示。
圖2 沖擊釋能測溫
圖3 容器尺寸
試驗結果：在相同時間內，靠近壁面的溫度較低，而空腔溫度較高，說明短時間內碎片向壁面傳熱較少可以認為絕熱。數據來源：論文《非晶合金沖擊釋能的溫度表征研究》
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