SHPB沖擊仿真的案例
Workbench Ls-Dyna 參數(shù)化霍普金森桿(SHPB)沖擊仿真-2D ￥30
<p>上一篇文章介紹了霍普金森桿（SHPB）沖擊的3D仿真，采用的1/4軸對(duì)稱模型。本文繼續(xù)介紹該案例的2D仿真流程，采用軸對(duì)稱模型，并于上一案例結(jié)果對(duì)比。一般來(lái)說(shuō)，2D軸對(duì)稱模型相比于3D實(shí)體模型，計(jì)算速度更快，精度更高，但是適用面窄，只能用于界面為圓形的試樣及桿件。本案例軟件版本為Ansys Workbench 2021 R2。</p><p>1. 案例介紹</p><p>入射桿、透射桿、撞擊桿、試樣均為圓柱形，按照下圖排列。入射桿、投射桿的中間位置裝用應(yīng)變傳感器，撞擊桿以一定的軸向速度撞擊入射桿，獲取沖擊后一定時(shí)間內(nèi)入射桿上的入射波和反射波應(yīng)變相應(yīng)，以及透射桿上的透射波應(yīng)變響應(yīng)。
展開(kāi) Workbench Ls-Dyna 參數(shù)化霍普金森桿(SHPB)沖擊仿真-3D ￥30
Ls-Dyna則是動(dòng)態(tài)沖擊仿真領(lǐng)域的先驅(qū)者和領(lǐng)導(dǎo)者。</p><p> 本文通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單案例介紹通過(guò)Workbench Ls-Dyna軟件完成霍普金森桿沖擊的一般流程。在Workbench界面下，不僅僅可完成Ls-Dyna的絕大部分前處理，還能方便的在圖形界面下實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化仿真。本例采用的軟件版本為Ansys Workbench 2021 R2。</p><p>1. 案例介紹</p><p> 入射桿、透射桿、撞擊桿、試樣均為圓柱形，按照下圖排列。入射桿、投射桿的中間位置裝用應(yīng)變傳感器，撞擊桿以一定的軸向速度撞擊入射桿，獲取沖擊后一定時(shí)間內(nèi)入射桿上的入射波和反射波應(yīng)變相應(yīng)，以及透射桿上的透射波應(yīng)變響應(yīng)。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"> </p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202211/f70512be63ae4835bd60bfeb6a2bc215.png" title="圖片2.png" alt="圖片2.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202211/f70512be63ae4835bd60bfeb6a2bc215.png?
展開(kāi) Abaqus基于JH2本構(gòu)的脆性材料沖擊仿真及SHPB模擬
材料屬性的含義如下
下圖為通過(guò)JH2本構(gòu)進(jìn)行的相關(guān)的沖擊模擬
此外，本貼根據(jù)JH2本構(gòu)的相關(guān)理論，編寫了JH2本構(gòu)的VUMAT子程序，并對(duì)脆性材料的SHPB試驗(yàn)進(jìn)行了模擬，以下是相關(guān)的結(jié)果。
試驗(yàn)件失效示意圖
入射和透射桿上的應(yīng)變響應(yīng)
有關(guān)于abaqus子程序開(kāi)發(fā)的相關(guān)問(wèn)題可以聯(lián)系公眾號(hào)。
LS-DYNA 模擬SHPB沖擊壓縮試驗(yàn) ￥15.9
對(duì)SHPB沖擊壓縮試驗(yàn)進(jìn)行模擬，利用ANSYS APDL 建立1/4模型，并利用LS-PrePost進(jìn)行k文件修改，給巖石試樣選擇HJC模型，定義接觸和失效準(zhǔn)則……
k文件如下
實(shí)時(shí)高溫條件下SHPB沖擊壓縮模擬方法
溫度對(duì)于花崗巖力學(xué)特性有不可忽視的影響，模擬100℃和200℃下花崗巖SHPB 試驗(yàn)時(shí)必須考慮溫度的作用，借助“隱式-顯式順序求解法”模擬實(shí)時(shí)溫度下花崗巖的沖擊破壞過(guò)程。眾所周知，ANSYS 隱式方法能高效的求解靜載問(wèn)題，而求解瞬態(tài)問(wèn)題則需要借助顯式方法，“隱式-顯式順序求解法”實(shí)質(zhì)上就是將隱式的求解結(jié)果寫入的drelax文件，接著ANSYS/LS-DYNA 讀入這些變形，并且對(duì)描述的幾何模型進(jìn)行初始化，之后再進(jìn)行瞬態(tài)求解。計(jì)算具體過(guò)程概括如下:
(1)取常溫下花崗巖的線熱膨脹系數(shù)為8x10-6C-1，首先對(duì)試樣施加溫度荷載，求解分析的隱式部分(熱荷載):
(2)改變模型文件名，避免隱式求解結(jié)果被顯式求解結(jié)果覆蓋
(3)將隱式單元轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的顯式單元;
(4)更新單元關(guān)鍵選項(xiàng)，如材料屬性等;
(5)移除人為施加在模型上的多余約束;
(6)將隱式求解結(jié)果(節(jié)點(diǎn)位移等)寫入drelax文件:
(7)通過(guò) drelax文件，為顯式求解進(jìn)行幾何模型的初始化:
(8)為顯式求解施加沖擊荷載和接觸條件:
(9)求解該分析的顯示部分(沖擊荷載)。
雖然ANSYS/LS-DYNA軟件已經(jīng)提供了大量的材料本構(gòu)模型，但是仍無(wú)法包含一些具有特殊力學(xué)性能的材料。正是由于此原因，LS-DYNA 提供了可供用戶自定義的材料本構(gòu)接口，通過(guò)此接口，用戶可以將材料所具有的特殊力學(xué)性能嵌入LS-DYNA軟件中，從而完成問(wèn)題的數(shù)值模擬。自定義本構(gòu)子程序參量包括了材料參數(shù)、應(yīng)變?cè)隽俊r(shí)間步長(zhǎng)現(xiàn)時(shí)刻應(yīng)力和歷史變量值等。用FORTRAN或C語(yǔ)言編寫材料本構(gòu)子程序，應(yīng)變?cè)隽坑沙绦虮旧砀鶕?jù)守恒方程和運(yùn)動(dòng)方程獲得，在每個(gè)時(shí)間步過(guò)程中調(diào)用子程序求解出應(yīng)力的增量。
《內(nèi)容轉(zhuǎn)載》
展開(kāi) SHPB zi dan 加載沖擊巖石K文件 ￥20
話不多說(shuō)，直接上K文件，自己看，有接觸失效還有加載，加我QQ直接發(fā)。
ANSYS/LS-DYNA三相細(xì)觀骨料混凝土SHPB沖擊壓縮模擬
關(guān)于SHPB數(shù)值模擬的研究已較為深入，模擬優(yōu)勢(shì)主要在于可通過(guò)修正參數(shù)使模擬結(jié)果與實(shí)際一致，以此為基礎(chǔ)對(duì)材料的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程及更為復(fù)雜的工況進(jìn)行模擬研究，主要研究對(duì)象主要分為混凝土、巖石、金屬、陶瓷等材料，并通過(guò)LS-DYNA中的RHT、HJC、JC、K&C、CSC等材料模型來(lái)模擬上述材料在中高、高應(yīng)變率荷載作用下裂紋擴(kuò)展及損傷規(guī)律，試件往往采用的是均質(zhì)模型。
近年來(lái)，關(guān)于非均質(zhì)模型的研究已取得一些進(jìn)展：
1.《Study of concrete damage mechanism under hydrostatic pressure by numerical simulations》一文中建立了考慮骨料、砂漿的兩相混凝土模型，并采用“背景投影法（網(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。
2.《3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。
3.《基于三維隨機(jī)細(xì)觀模型的珊瑚混凝土力學(xué)性能模擬》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。
相比均質(zhì)有限元模型，非均質(zhì)有限元模型的仿真結(jié)果可信度更高，仿真效果更好，與實(shí)際破壞情況更為吻合，該方法具有廣泛的運(yùn)用前景，可用于靜態(tài)力學(xué)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)、爆破領(lǐng)域、建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域等。
展開(kāi) LS-DYNA霍普金森壓桿循環(huán)沖擊和動(dòng)態(tài)劈裂（SHPB）
在數(shù)值分析時(shí)，可以通過(guò)加載入射波曲線到入射桿端面的方法對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬，這樣不僅簡(jiǎn)化了建模過(guò)程，而且保證了入射波與試驗(yàn)入射波完全一樣，能得到最真實(shí)的仿真結(jié)果。
采用面面侵蝕接觸，接觸剛度取默認(rèn)值，動(dòng)靜摩擦系數(shù)取0。得到的動(dòng)態(tài)劈裂模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合。桿端由于應(yīng)力集中產(chǎn)生了三角形壓碎區(qū)，試樣中部發(fā)生拉伸破壞。
（2）巖石循環(huán)沖擊試驗(yàn)
在循環(huán)沖擊時(shí)，彈速通常較小，試樣是不會(huì)破壞的，因此應(yīng)力應(yīng)變曲線在達(dá)到峰值后會(huì)回彈。
模擬循環(huán)沖擊可以使用完全重啟動(dòng)或Dynain文件法。兩種方法各有優(yōu)劣，完全重啟動(dòng)要求較苛刻，很容易報(bào)錯(cuò)，難以調(diào)試出來(lái)，因此更建議使用Dynain文件法。但Dynain文件法的缺點(diǎn)是無(wú)法繼承損傷變量，即損傷無(wú)法累積，不過(guò)HJC模型通常配合失效準(zhǔn)則使用，我們不會(huì)用到損傷變量，不影響仿真。
圖中所示為多次沖擊下的波形圖。三次沖擊下的入射波曲線完全重合，說(shuō)明利用Dynain文件成功地實(shí)現(xiàn)了多次沖擊。而透射波隨著沖擊次數(shù)的增加逐漸減小，這是因?yàn)閹r樣在前一次沖擊后內(nèi)部產(chǎn)生了裂紋（損傷累積）。
綜上所述，LS-DYNA軟件可以對(duì)SHPB相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行模擬。另外，半正弦波整形技術(shù)也可以通過(guò)建立紡錘形彈體實(shí)現(xiàn)（不建議設(shè)置整形器，操作相對(duì)復(fù)雜，且容易發(fā)生穿透和波形震蕩現(xiàn)象）。
展開(kāi) LS-DYNA單三軸壓縮模擬，SHPB沖擊模擬，臺(tái)階爆破模擬，多孔爆破模擬，可交流或出售k文件
LS-DYNA單三軸壓縮模擬，SHPB沖擊模擬，臺(tái)階爆破模擬，多孔爆破模擬，地應(yīng)力下裂紋擴(kuò)展模擬，可交流解答問(wèn)題或出售相關(guān)k文件。以下為一些做過(guò)的案例效果圖。 如需購(gòu)買k文件或咨詢相關(guān)案例請(qǐng)聯(lián)系qq：872335684
三軸壓縮實(shí)驗(yàn)?zāi)M
SHPB沖擊模擬
單孔爆破裂紋擴(kuò)展模擬
多孔爆破裂紋擴(kuò)展模擬
地應(yīng)力作用下爆破裂紋擴(kuò)展模擬
臺(tái)階爆破模擬
基于ANSYS/LS-DYNA巖石、混凝土材料SHPB沖擊壓縮模擬資料總結(jié)（適用于初學(xué)者）
早期基于ANSYS/LS-DYNA學(xué)習(xí)，對(duì)SHPB仿真包含的過(guò)程及軟件操作進(jìn)行記錄的學(xué)習(xí)文件，供大家參考學(xué)習(xí)。
SHPB沖擊壓縮模擬專題筆記整理.pdf
1 實(shí)驗(yàn)裝置基本信息 2
2動(dòng)態(tài)模擬 2
2.1 單軸沖擊壓縮模擬 2
2.2 關(guān)鍵字設(shè)置 4
3 ANSYS界面 6
3.1 頁(yè)面介紹 6
3.1.1主頁(yè)面 6
3.1.2 主菜單詳情介紹 8
4 LS-PrePost界面 11
4.1主頁(yè)面 11
4.2選項(xiàng)卡 13
4.2.1 選項(xiàng)卡1：后處理工具 13
4.2.2 選項(xiàng)卡2：預(yù)處理和后處理 19
4.2.3 選項(xiàng)卡3、4：關(guān)鍵字文件編輯 20
4.2.4 選項(xiàng)卡5：預(yù)處理工具 22
4.2.5 選項(xiàng)卡7：預(yù)處理工具 25
4.2.6 選項(xiàng)卡8：實(shí)體顯示界面 26
4.2.7 常用操作界面 26
4.3 新版界面（F11切換） 28
5 常用信息及操作 31
5.1 HJC模型 31
5.1.1參數(shù)意義 31
5.1.2 不同強(qiáng)度混凝土HJC模型參考 32
5.2 RHT模型 32
5.3 關(guān)鍵字*MAT_ADD_EROSION 33
5.4單位制 34
5.5 截圖 34
5.5.1 ANSYS LS-DYNA 34
5.5.2 LS-PrePost 34
5.6 常用云圖所選取的觀察方式（Fcomp） 35
5.7 半正弦波的生成和加載步驟 36
5.7.1 半正弦波的生成 36
6 常用公式 38
6.1 SHPB實(shí)驗(yàn) 38
展開(kāi) 基于ABAQUS的分離式霍普金森壓桿SHPB仿真（附.cae.inp） ￥15
1、案例介紹
分離式霍普金森壓桿（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）主要用于研究材料在高應(yīng)變率（1e2～1e4?s^?1）下的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，如應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、應(yīng)變率效應(yīng)、溫度效應(yīng)以及失效模式等。
本案例主要介紹基于ABAQUS韌性金屬材料的SHPB常規(guī)仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內(nèi)容。此外還提供了一個(gè)試樣應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)處理表格和數(shù)據(jù)處理的視頻，包含兩種獲得試樣應(yīng)力應(yīng)變的方法：直接提取試樣應(yīng)力應(yīng)變的直接法和基于入射桿透射桿三波曲線的間接法。
2、SHPB原理
常規(guī)霍普金森桿SHPB（仿真）結(jié)構(gòu)
如圖所示，常規(guī)的SHPB仿真模型結(jié)構(gòu)主要包含撞擊桿、入射桿、透射桿、試樣，有時(shí)為了進(jìn)行波形整形會(huì)使用整形器（整形片）。
SHPB基本力學(xué)過(guò)程：開(kāi)始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個(gè)向正方向傳播的入射波（壓縮波），入射波從入射桿傳遞到試樣并對(duì)試樣進(jìn)行壓縮，入射波一部分在入射桿與試樣界面反射形成反向傳播的反射波（拉伸波），另一部分通過(guò)試樣進(jìn)入透射桿形成透射波（壓縮波）。
SHPB兩個(gè)基本假定：一維性應(yīng)力狀態(tài)和均勻性假定。一維性要求桿件及試樣共軸，并減小橫向慣性引起的幾何彌散效應(yīng)的影響。一般選擇合適的桿直徑，采用整形器可有效減小幾何彌散。均勻性要求試樣達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即試樣兩端相對(duì)應(yīng)力差足夠小。相對(duì)應(yīng)力差與阻抗比、應(yīng)力波在試樣中的反射次數(shù)有關(guān)，反射次數(shù)由試樣材料波速和試樣軸向長(zhǎng)度決定。此外，端面摩擦也會(huì)改變?cè)嚇討?yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，使試樣呈現(xiàn)鼓狀產(chǎn)生非均勻變形并且軸向壓縮應(yīng)力幅值增加。
展開(kāi) 
SHPB可控多脈沖加載技術(shù)與Abaqus仿真方法 ￥15
（2）試樣：材料選擇1100-H14鋁合金，使用Johson-Cook本構(gòu)模型，參數(shù)如下：
2.5 結(jié)果
仿真結(jié)果-兩次加載波云圖
仿真結(jié)果-入射桿信號(hào)（黑色），透射桿信號(hào)（紅色）
初始撞擊速度為12m/s、間隔μ長(zhǎng)度1.2mm情況下：
（1）理論計(jì)算第一次加載脈寬為77.3μs，仿真計(jì)算結(jié)果為79μs（中值脈寬）；
（2）理論計(jì)算第二次加載脈寬為74.6μs，仿真計(jì)算結(jié)果為75μs（中值脈寬）；
（3）理論計(jì)算兩次沖擊加載時(shí)間間隔為129.3μs，仿真計(jì)算結(jié)果為131.9μs；
（4）理論計(jì)算由加載波反射后引起的第三次與第一次沖擊加載的時(shí)間間隔為2li/C0=696μs，仿真計(jì)算結(jié)果為699μs；
（5）吸收桿吸收加載波1、2引起的透射桿的信號(hào)，透射桿未形成拉伸波，使試樣與壓桿在第三次加載來(lái)臨之前保持預(yù)接觸。
仿真與理論吻合較好，結(jié)果誤差產(chǎn)生原因：撞擊桿幾何結(jié)構(gòu)影響、上升下降沿時(shí)間、幾何彌散等。
仿真結(jié)果-試樣應(yīng)力
展開(kāi) Abaqus基于JH2本構(gòu)的脆性材料SHPB仿真
本貼根據(jù)JH2本構(gòu)的相關(guān)理論，編寫了JH2本構(gòu)的VUMAT子程序，并對(duì)脆性材料的SHPB試驗(yàn)進(jìn)行了模擬，以下是相關(guān)的結(jié)果。
試驗(yàn)件失效示意圖
入射和透射桿上的應(yīng)變響應(yīng)
有關(guān)于abaqus子程序開(kāi)發(fā)的相關(guān)問(wèn)題可以聯(lián)系扣扣1653004885或者關(guān)注cae320公眾號(hào)
LS-DYNA陶瓷材料SHPB仿真 ￥19.98
陶瓷材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能經(jīng)常通過(guò)霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)獲得，本案例利用LS-DYNA對(duì)某陶瓷SHPB實(shí)驗(yàn)仿真。
1、工況設(shè)置
陶瓷材料作為脆性材料，端面摩擦對(duì)陶瓷材料SHPB實(shí)驗(yàn)影響很大。為消除端面摩擦影響，且樣件長(zhǎng)徑比不至于過(guò)長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)和仿真的陶瓷樣件選取如圖類似的小圓柱。
為簡(jiǎn)化仿真，仿真中只有入射桿、陶瓷樣件、透射桿，忽略子彈、波形整形器，墊塊、緩沖桿和吸收桿等部件。通過(guò)*LOAD_SEGMENT_SET施加子彈對(duì)入射桿的沖擊波，沖擊波波形最好和樣件材料應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀相似，所以本案例施加的沖擊波形為三角波。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)和仿真波形如圖，可以觀察出反射波中有明顯的小平臺(tái)，說(shuō)明陶瓷材料樣件兩端已經(jīng)達(dá)到應(yīng)力平衡。由于陶瓷樣件破碎，使反射波出現(xiàn)了階躍。
陶瓷樣件損傷云圖如下。 在LS-DYNA仿真中，當(dāng)單元達(dá)到陶瓷失效應(yīng)變時(shí)，單元會(huì)自動(dòng)刪除。不同大小的失效應(yīng)變對(duì)仿真結(jié)果有顯著影響，須反復(fù)調(diào)試。過(guò)小的失效應(yīng)變不會(huì)造成反射波階躍，反而會(huì)使反射波變小；過(guò)大的失效應(yīng)變使樣件端部變形過(guò)大而不破碎，與實(shí)際不符。反射波和投射波振蕩比較嚴(yán)重。
陶瓷材料實(shí)驗(yàn)和仿真破碎形式。盡可能消除端部接觸力造成的影響，且失效應(yīng)變選擇合適值。
陶瓷材料的力-位移曲線
展開(kāi) 不同沖擊速度及沖擊方式對(duì)薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
不同沖擊速度及沖擊方式對(duì)薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
1仿真背景
眾所周知，基于各種動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行沖擊與跌落的仿真實(shí)驗(yàn)一直備受重視。而對(duì)于薄壁鋼管材料的沖擊仿真實(shí)驗(yàn)由于沖擊速度與沖擊方式不同，便會(huì)帶來(lái)差異化結(jié)果。因此，針對(duì)不同的工況，需要合理采取不同的沖擊方式設(shè)置，以期得到合理的結(jié)果。本文旨在建立恒定式沖擊速度、正弦式交變沖擊速度、三角波式沖擊速度、鋸齒波沖擊速度及矩形波沖擊速度5種不同沖擊速度及方式對(duì)鋼管的沖擊仿真模型，為沖擊仿真實(shí)驗(yàn)提供理論參考。
2模型建立
薄壁鋼管的截面是矩形的對(duì)稱面，因此本文建立矩形薄壁鋼管的四分之一軸對(duì)稱模型，薄壁鋼管采用shell單元，不銹鋼材料選用各向同性材料本構(gòu)，設(shè)置沙漏能以控制整體的能量平衡設(shè)置。不銹鋼的四分之一模型在ANSYS/LSDYNA中建立，模型的前處理也在其中完成，在完成前處理后生成K文件，分別在LSPP中進(jìn)行后處理及載荷曲線的設(shè)置。不銹管的四分之一模型如圖1所示。
圖1不銹管的四分之一模型設(shè)置
3沖擊速度的影響
在分析沖擊方式對(duì)不銹管變形的影響前，需要考慮沖擊速度對(duì)其影響。不同的沖擊速度勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致的不同的變形。因此本文首先建立了三種不同的工況，沖擊速度分別為50m/s、100m/s、150m/s。從較低速度到一個(gè)較高速度的過(guò)渡來(lái)分析不銹管的變形情況。圖2給出了3種不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況。可以看出：沖擊速度小不銹管的變形小，沖擊速度的增大會(huì)導(dǎo)致變形增大，在大沖擊下不銹管的變形程度可以看成是小沖擊下變形的累積。因此可以得出沖擊速度是造成不銹管變形的主要原因，不同的沖擊速度大小可以看成是小沖擊速度的不斷累積對(duì)不銹管的破壞。
圖2不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況
4幾種不同的沖擊方式
沖擊方式的定義是通過(guò)定義不同的載荷曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
展開(kāi) 