高速沖擊模擬的案例
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鋁板高速沖擊數值模擬文件
直播預告 | 如何在力學仿真中模擬高速沖擊對材料的破壞？
汽車開發材料階段，企業很難去通過總成或整車爆破實驗來驗證自己的材料，而傳統的懸臂梁沖擊和簡支梁沖擊，并不能很好的模擬汽車爆破時高速要求，多軸沖擊強度評價（Determination of puncture impact behaviour）是一種高速多軸沖擊模式，能模擬高速沖擊破壞形式，根據產品的功能要求選擇對應的材料試驗溫度，用高速行駛的落錘沖擊材料樣板，根據設備采集的曲線以及材料樣板的斷裂方式，來確定材料在此溫度和速度下的沖擊韌性。
多軸沖擊對材料的要求比較嚴格，對于汽車行業而言，為確保整車的安全性，常會采用多軸沖擊對由高分子材料制成的塑料件進行測試，通過模擬汽車的碰撞情況，檢驗內外飾材料在受到強大沖擊力或破壞力時的表現，從而避免零件在實際碰撞過程中產生尖銳的碎片或斷裂，進而危及駕乘人員的安全。
出于對我們自身安全性的考慮，更多關于多軸沖擊的內容，本周四，我們特別邀請國高材分析測試中心資深工程師——陳濤，為我們分享《高端力學性能測試系列之—多軸沖擊》》
同時，我們為參與直播的朋友，在直播間準備更多驚喜好禮，等你來揭曉！~
講師介紹：陳濤
負責高分子材料分析測試研究工作，在高分子材料力學、熱學、阻燃性能等方面經驗豐富，致力于機械可靠性（疲勞、蠕變等）和力學仿真數據方面的研究。
自2016年加入國高材，共申請3篇發明專利，2篇實用新型專利，發表外部論文3篇，有豐富的材料測試、數據處理和仿真對標經驗，為客戶提供專業技術培訓百余次，輸送內部技術文章近30余篇。
展開 基于AUTODYN模擬破片高速沖擊引爆炸藥
本文以一個簡單案例介紹破片沖擊炸藥導致炸藥引爆，其中破片采用Cu，炸藥采用COMP-BJJ1，材料參數均取自AUTODYN自帶數據庫，Cu飛片額外定義一個材料失效，防止計算過程中因網格變形太大使得時間步太小導致計算終止，其中破片起始速度3000m/s。
破片采用拉格朗日算法，空氣域及炸藥采用歐拉算法，空氣域建立完畢后將炸藥填充到空氣PART中。節省計算資源，采用1/2模型。為防止炸藥爆炸后在壁面發生反射造成結果不準確，在除對稱面的邊界上均施加流出邊界；對稱軸上每隔一段距離設置一個固定高斯監測點，用于后處理觀察監測點處的壓力變化。由于點火增長模型只支持cm-g-us單位制，故本仿真單位制采用cm-g-us。
炸藥在飛片剛撞擊到后就被引爆，各時刻炸藥的壓力云圖如圖2-4所示：
1us 5us 10us
不同時刻B炸藥的壓力云圖
為觀察炸藥的反應程度，在計算前輸出變量選擇ALPHA，各時刻炸藥的反應度云圖如下：
1us 5us 10us
不同時刻B炸藥的反應分數
AUTODYN自身的后處理功能同樣可以繪出不同時刻的速度、位移、壓力等曲線，并且可以直接用到文獻中，當然也可以將其數據導出，自己用專業繪圖軟件繪制，各監測點的壓力-時間曲線如下所示（軟件自帶曲線還挺漂亮的）：
最后,歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡
展開 剛性小球高速沖擊陶瓷高腳杯仿真
這是由于剛性球首先沖擊A面吸收了大部分動能，因此沖擊速度降低，B面的損傷因此比A面小；另外杯壁A面的曲面造型是凸型，因此A面內外兩側損傷差距明顯，而B面的曲面造型是凹下去的，因此B面內外兩側損傷差距不明顯。
圖2-6杯壁的A、B面
圖2-7不同時刻杯壁的破壞程度
3.2杯體的動能內能分析
杯體內能與吸收球的動能變化如圖2-8所示。能量圖明顯出現3個波峰，這與上述分析相同，由于杯壁的特殊曲面造型，并不會出現4個波峰的情況。
圖2-8能量變化圖
3.3沖擊接觸面出的作用力分析
沖擊接觸面出的作用反力與能量的變化趨勢基本相同，在t=0.174ms、0.182ms、0.231ms 3個時刻分別對應3組波峰，如圖2-9所示。
圖2-9 rcforc作用力
4結論
（1）杯壁是曲面造型，杯壁本身的幾何形狀嚴重制約著杯壁的沖擊破壞程度。本文仿真結果表明：杯壁設置成B面的“凹型”可以一定程度減小有效沖擊破碎損傷程度，一定程度避免了碎渣飛濺傷人。
（2）用SPH建立杯體可以避免網格大變形導致的計算終止問題，在模擬高速沖擊中SPH算法很適用。
展開 
高速DIC技術用于高速沖擊下平板件變形及破壞分析
材料在高速沖擊條件下的動態變形破壞過程及動態力學性能，是沖擊力學研究的熱點問題。高速三維數字圖像相關方法，是一種非接觸式的全場應變測量方法。
DIC技術可在較高應變率作用以及極端加載環境下，通過搭配高速相機，可測試高速沖擊下材料或結構的三維位移場及應變場，分析材料或結構的動態破壞形式。
通過有限元模擬，可以基于模擬來分析材料或結構受沖擊的力學響應行為。但由于材料機械性能存在一些不確定性，難以準確預測具體的響應數據。在相近材料或結構上進行測試，力學動態行為都會有差別。
模擬數據的更新有賴于實驗數據來驗證和對比，采用新拓三維高速XTDIC全場應變測量系統的數據結果，可修正或更新模擬數據。
測試過程
XTDIC 高速全場應變測量系統布置、散斑圖案和加載裝置
在測試中，使用加載裝置對平板件進行高速沖擊，新拓三維XTDIC高速全場應變測量系統同時記錄平面板材料響應。為了捕獲用于XTDIC軟件算法的圖像，通過預先在平面板材料進行隨機斑點圖案制作，在獲取高質量圖像采集的同時，極薄的散斑不會影響平板件的剛度和力學響應行為。
采用兩個高速相機（300萬像素，采集頻率為5000幀），105mm微距鏡頭，精度100微應變、0.01mm。沖擊加載裝置連接到相機的數據采集系統，確保沖擊力的測量和相機的記錄同時自動開始。沖擊裝置的力和圖像均收集激發時和激發完畢的數據，高速相機實時采集圖像。
數據分析
位移場分析
使用XTDIC系統軟件獲得了平板件受沖擊力區域的全場位移數據，從圖中可以看出整體的位移場數值左右不對稱，撞擊瞬態下點1位移為7.86mm，點2位移為6.73mm，XTDIC系統可以獲取非常精確的位移圖。
展開 復合材料高速沖擊 ￥10
復合材料高速沖擊
高速沖擊裂紋擴展
仿真背景：
裂紋，也就是失效設置，在不同工況下的參數設置不同有時候會有很多意想不到的效果。
工況簡介：
自己做的小案例，動畫是好久之前就截好的。
結果動畫：
水下高速沖擊流固耦合 ￥50
學習到流固耦合這部分，今天反復錯了好幾次，一下午終于做出了水下沖擊的流固耦合反應
水中彈丸高速沖擊時產生壓力，遇到靶板產生反射形成新的高壓力點。
下面是K文件和原始模型，需要的可以下載。
abaqus高速彈丸沖擊鋼板（sph法） ￥20
此驗證問題測試了PC3D元件在高速彈丸撞擊下處理大變形和速率相關的彈塑性材料失敗的能力。使用SPH技術模擬其中心部分的實心板受到高速圓柱形剛性物體的沖擊。沖擊后，靠近板中心的部分首先發生大變形，然后破裂。最終，彈丸打孔了板。
該模型分析了高速彈丸和實心板之間的沖擊相互作用。實心板的尺寸為400 mm×400 mm×12 mm。使用102726 PC3D元素對板中心半徑為100 mm的圓形部分進行建模，并使用9312 C3D8R元素對板的其余部分進行建模。圓柱形剛性實心彈丸的長度和半徑分別為25 mm和8.4 mm。彈丸的初始速度設置為1000 m / s。用于該板的材料是楊氏模量MPa，泊松比0.3，密度噸/ mm 3的鋼。該板被建模為具有速率依賴性硬化的彈塑性材料。延性和剪切損傷是根據能量準則演變而來的。剛性彈丸與實心板之間的相互作用是通過摩擦系數為0.3的摩擦接觸來定義的。文件名：ver_prc_projectileimpact.inp
應力傳遞至鋼板
應力未傳遞至鋼板
兩者對比
展開 復合材料金屬夾層合板高速沖擊 FML ￥10
復合材料金屬夾層合板高速沖擊 FML
ABAQUS歷史輸出中，各能量變量（ALLAE、ALLIE、ETOTAL等）意義
ABAQUS中，對于很多動態問題，尤其像高速沖擊模擬中，對結果評價很重要的一點就是要保證模型能量守恒，這就涉及到ABAQUS歷史輸出中各能量變量的意義，下面最各簡單整理：
ALLAE：人工偽應變能，六面體、殼網格中沙漏發生情況指標
ALLCD：蠕變、膨脹以及粘彈性消耗的能量
ALLFD：摩擦消耗的能量
ALLIE：總的內能，ALLIE=ALLSE+ALLPD+ALLCD+ALLAE+ALLQB+ALLEE+ALLDMD
ALLKE：動能
ALLKL：碰撞消耗的能量
ALLVD：粘性消耗的能量
ALLDMD：破壞消耗的能量
ETOTAL：所有能量的總和
NOTE：ALLAE（偽應變能）的理解：偽應變能就是控制沙漏變形所消耗的主要能量。如果偽應變能過高，說明過多的應變能被用來控制沙漏變形了。一般通過比較偽應變能和其他內部能量的值來判斷偽應變能是否過高，以及判斷過高的偽應變能的來源。
展開 
abaqus復合材料、二次開發
斷裂力學與與損傷分析
2.1.斷裂力學基礎理論
2.2.基于 XFEM 方法的裂紋擴展模擬(實例）
2.3.VCCT 方法入門（實例）
2.4.
Cohesive 方法入門（實例）
第二天
3. 斷裂力學與損傷分析
3.1.基于虛裂紋閉合技術(VCCT)的分層擴展模擬（實例）
3.2.基于 cohesive 單元的分層/界面損傷擴展模擬（實例）
4. 復合材料加筋板靜載荷分析與承載能力預測
4.1.復合材料加筋板的壓潰分析基本理論
4.2.復合材料加筋板的壓潰分析（實例）
4.3.復合材料加筋板剪切失效測試案例解析
4.4.
復合材料層合板剪切失效模擬（實例）
第三天
5. 特殊復合材料建模與分析
5.1.復合材料損傷失效行為的多尺度分析概述
5.2.顆粒增強金屬基復合材料結構建模、胞元分析技術（實例）
5.3.短纖維增強復合材料結構建模、胞元分析技術（實例）
6. 復合材料沖擊與動態響應
6.1.結構動力學基礎理論與 ABAQUS 動力學分析工具
6.2.復合材料加筋板自由振動分析(實例）
6.3.低速沖擊理論與沖擊后剩余壓縮強度實驗方法
6.4.復合材料沖擊損傷模型與仿真流程
6.5.復合材料加筋板低速沖擊過程模擬與剩余強度計算（實例）
6.6.高速沖擊問題概述與模擬策略
6.7.
高速沖擊模擬（實例）
第四天
7.
展開 abaqus纖維復合材料層合板高速沖擊模型 ￥99
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abaqus纖維復合材料高度沖擊模型，采用3dpuck子程序。
</div><div contenteditable="false" width="100%">
內附inp模型，3D Puck子程序
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展開 abaqus復合材料 案例多多
復合材料沖擊與動態響應
6.1.
結構動力學基礎理論與ABAQUS動力學分析工具
6.2.
復合材料加筋板自由振動分析(實例）
6.3.
低速沖擊理論與沖擊后剩余壓縮強度實驗方法
6.4.
復合材料沖擊損傷模型與仿真流程
6.5.
復合材料加筋板低速沖擊過程模擬與剩余強度計算（實例）
6.6.
高速沖擊問題概述與模擬策略
6.7.
高速沖擊模擬（實例）
第四天
7.
高級編程與二次開發
7.1.
工程材料本構關系與損傷模型簡介
7.2.
基于MATLAB與Python的參數化建模與腳本編程（實例）
7.3.
ABAQUS接口子程序（UMAT、USDFLD等）原理與應用
7.4.
基于接口子程序的材料彈塑性與粘彈性分析（實例）
7.5.
復合材料損傷分析（實例）
8.
論文寫作與科研指導
8.1.
復合材料仿真計算文章（SCI）案例解析
8.2.
展開 高速球軸承球／保持架碰撞模型與沖擊特性研究
針對航空發動機主軸率軸承的結構特點、建立了高速球軸承率／傈特槊碰撞的力學模型．并時球與保持架的沖 擊特性進行了研究。結果表明，球觫持架沖擊戢荷受多種因素的影響，并體現為碰撞速度，沖擊栽荷與速度成正比：硅 撞彈性變形對于緩解沖擊具有重要作用
高速球軸承球／保持架碰撞模型與沖擊特性研究.pdf
