沖擊響應仿真的案例
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 沖擊響應譜計算
NTS.LAB沖擊響應譜功能：
沖擊響應譜根據響應峰值取法的不同可以分為三類：
1)初始響應譜，簡稱“主譜”； 它是取沖擊作用時間內的相應峰值求得的沖擊響應譜。
2)剩余響應譜，簡稱“余譜”； 它是取沖擊激勵結束后的相應峰值做出的沖擊響應譜。
3)最大響應譜，即主譜及余譜的包絡譜。
根據所用的響應參數不同可以分為以下幾類：
1)絕對加速度譜
2)等效加速度譜(也稱相對加速度譜)
3)絕對速度譜
4)等效速度譜(也稱相對速度譜)
5)絕對位移譜
6)相對位移譜
一般常用最大絕對加速度譜和最大相對位移譜，前者多用于規范沖擊環境，后者多用于考核沖擊強度及設計減震裝置。而速度譜則多用于艦船沖擊，對艦船來說沖擊速度與損傷趨勢的相關性最強。
1.什么是沖擊響應譜
沖擊響應譜(Shock Response Spectrum, SRS)，又稱“沖擊譜”，用于描述一系列單自由度質量阻尼系統受沖擊時各單自由度系統的響應最大值與單自由度系統的固有頻率的關系。一般來說，沖擊響應譜是一個動態系統對給定瞬態輸入的峰值響應與該動態系統固有頻率之間的函數關系圖。下圖所示為一系列單自由度“彈簧-質量-阻尼”系統，這些單自由系統具有公共的基礎(基座)。當其公共基礎受到沖擊激勵時，在笛卡爾坐標系下各單自由度質量阻尼系統產生的響應峰值與其對應固有頻率繪制成坐標曲線，即為沖擊響應譜。
SRS計算示意圖
計算沖擊響應譜步驟：
A.測試公共基礎的輸入激勵，用于計算沖擊響應譜的能量輸入。
B.建立一系列單自由度彈簧-質量-阻尼系統，分別將激勵作用在該系統，求解系統的響應，其解的形式可為位移、速度、加速度響應。
展開 簡述沖擊響應譜分析
響應譜分析可用于估計特定加速度記錄激勵下結構的峰值響應（包括位移和應力），該法是一種近似方法，適于基于設計研究。響應譜分析過程基于模態分析，因此模態分析提取的有效階數必須足以反映系統的動力學特征。
由于各個振型在總的地震效應中的貢獻總是以自振周期最長的基本振型（或稱第一振型）為最大，高階振型的貢獻隨著階數的增高而迅速減小。因此，即使結構體系由大量質點組成，常常也只需要將前幾個振型的地震作用效應進行組合，就可以得到精確度較高的近似解，從而大大減小了計算工作量,
響應譜分析過程計算量遠低于基于直接積分的動力學分析過程，但是譜分析過程只能對體系在特定譜曲線作用下峰值響應進行估計，多用于近似估計結構在隨機荷載及隨時間變化荷載（如地震荷載、風荷載、海洋波浪荷載、噴氣發動機推力荷載）作用下的動力響應。
當結構受到單向激勵作用的情況：ABAQUS程序進行響應譜分析時先計算出各階模態響應及其參與系數，然后在各階模態響應的基礎上，采用不同的組合方法進行疊加，得到結構總體響應。
當結構受到三個方向激勵作用的情況：ABAQUS程序進行響應譜分析時，先計算單個方向各階模態響應分量，組合各階模態響應得到單方向響應，然后對三個方向激勵的響應進行組合，得到總響應。
定義譜曲線時，需要足夠數量的插值點才能定義一個能夠反映實際響應譜特征的譜曲線。ABAQUS中通常采用兩種方式定義譜曲線。一種方式就是直接在*SPECTRUM命令行數據塊中輸入譜曲線插值點數據；另一種則利用*SPECTRUM命令中INPUT選項，調用用戶譜曲線數據文件。
響應譜分析基本過程大致可以分為如下四個部分：
1．建立模型；
2．模態分析；
3．譜分析；
4．觀察結果。
簡述沖擊響應譜分析.pdf
展開 沖擊載荷作用下的機構動態響應
利用LS-DYNA進行的
沖擊載荷作用下的機構動態響應分析
哪位高手能給各例子看看啊
LS-DYNA在緩沖材料對沖擊響應的過程分析
④施加載荷與約束：
設置鋼球初速度為5 m/s ，方向垂直指向緩沖體，模擬產品跌落的沖擊載荷。模型重力加速度9.8 m/s2，方向指向地面，緩沖體下表面施加固定約束，設定仿真分析時間為100 ms。
⑤輸出設置：
通過database設置輸出控制，輸出單元、節點結果，同時輸出接觸力的時間歷程結果。
3、計算結果
計算過程中，最小步長為10e-8，結果如下圖所示。代表了沖擊緩沖的過程響應，能量曲線，總能量恒定，鋼球動能在沖擊過程能量減少，并轉化為泡沫的內能。代表沖擊力的變化過程，顯示了最大沖擊載荷及減緩歷程。
本項目以泡沫實驗數據為基礎， 利用MAT5模型將實驗數據引入LS-DYNA軟件，應用于泡沫緩沖系統的跌落沖擊過程仿真分析，驗證了該方法的可行性，為非線性緩沖系統的有限元分析提供了參考價值。
展開 基于HyperWorks的航炮吊艙加速度沖擊 瞬態響應分析
當載機著陸時，航炮吊艙不僅承受豎直向下半正弦波沖擊脈沖作用，還要承受向心預緊力的作用，這是航炮吊艙主要受力工況。GJB150.18[1]沖擊試驗要求對航空產品進行加速度沖擊分析，由于沖擊環境條件非常復雜，導致應用有限元法對加速度沖擊響應進行計算是一個難于解決的問題。本文首先應用Altair 公司的前處理軟件HyperMesh對結構進行網格劃分，然后應用通用數值分析軟件RADIOSS對航炮吊艙進行直接法加速度沖擊響應分析，對該產品在加速度沖擊及向心預緊力共同作用下的剛度及強度的動力響應進行分析，得到了結構上任意點處應力與變形的時間歷程曲線，縮短了產品研發的周期，對產品的改進設計以及沖擊試驗的進行具有積極的指導作用。
展開 漢航NTS.LAB沖擊響應譜測量和分析
沖擊響應譜用瞬態沖擊引起的響應大小衡量沖擊的破壞作用，可用于比較不同沖擊的嚴酷程度，且其計算不包含時域信息，從中得不到任何時域信號的相關信息，故一個沖擊響應譜可能對應著多個沖擊加速度信號，即不同的沖擊加速度信號可能具有相同的沖擊響應峰值，意味著不同的沖擊加速度信號可能對系統造成相同的破壞損傷效果，進而從頻域上更具有代表性。
NTS.LAB 沖擊響應譜分析模塊，提供瞬態沖擊數據采集、參數設置、沖擊響應譜計算整個試驗流程，精準復現結構受到沖擊時的響應，工程師可以以此設計振動試驗來復現產品經歷的瞬態沖擊激勵，以確保它們能夠在沖擊中正常運作。
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展開 【EDF開源CAE 】應用Code_Aster模擬核電閥門在熱沖擊下的熱力學響應
Code_Aster是法國電力集團（EDF）研發的一款開源有限元仿真軟件，適用于固體力學、熱學和聲學等物理現象，具體細分為靜力學、動力學、土-結構相互作用、流固耦合、傳熱學等方面的仿真分析，具備廣闊的應用場景。Code_Aster通過核工業認證，滿足法國核安全局和英國核監管部門要求，在各工業領域尤其是能源電力領域有大量的工程和研發應用案例。
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研究背景
在核電站中，核電閥門是保障核電站正常運行的重要構件，對核電閥門的檢驗則是核工業中的重要項目。閥門的密封性、可操縱性是檢驗的關鍵指標，具體的檢驗方法和依據包括實驗測試、使用者反饋、數值模擬、理論計算等。相關供應商負責提供包括有限元數值仿真結果在內的證明文件，而法國電力集團方面必須有能力對這些文件進行鑒定，即評估其數值仿真結果是否可信。因此，對于法國電力集團，應用公司自主開發的Code_Aster對像核電閥門這樣的關鍵部件進行數值模擬是一項必要的工作內容。
2015年，在與加拿大威蘭閥門公司（Velan）簽訂合作協議后，法國電力集團在其位于位于楓丹白露的Les Renardières實驗室中進行了多項試驗。
展開 2006年會---三跨縮比護欄系統沖擊動力響應的有限元分析
三跨縮比護欄系統沖擊動力響應的有限元分析
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一個水下炸藥爆炸沖擊下船舶結構的響應計算CAE算例 ￥5.2
本算例為計算水下炸藥爆炸沖擊下船舶結構的響應分析，即計算沖擊作用下結構的應力、應變及加速度等。其中炸藥的位置、炸藥的當量均可自行設定。
本算例的CAE分析操作步驟為：先建立船舶模型、施加材料屬性，然后建立船舶的流固耦合邊界，劃分網格等。最后（也是本算例的難點）在CAE輸出.inp文件中寫入炸藥參數。
“付費”中的附件為一個完整的計算水下炸藥爆炸沖擊作用下船舶結構的響應分析算例（.inp文件），讀入到ABAQUS中即可運行。
港科大等《Composites Part B》：熱塑性復合材料低速沖擊響應分析研究
盡管如此，由于其易碎的性質，當受到低速沖擊(LVI)作用時，很容易分層。低速沖擊損傷會顯著降低復合材料結構的結構完整性和剩余機械性能，可導致層壓板的各種損壞，如基體開裂、脫粘、分層和纖維斷裂/失效。因此，在設計和制造這種結構時，應考慮纖維增強塑料的面外響應。關于纖維增強復合材料的制造，通常使用各種纖維/織物，如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等，樹脂又分為熱固性或熱塑性。
碳纖維由于其優異的面內機械性能，如高剛度和強度，已被普遍用于制造航空航天結構。然而，由于碳纖維的低韌性，它們在低速沖擊中表現出脆性行為，顯著降低了碳纖維復合材料的剩余壓縮性能，并威脅結構的完整性。為了緩解這一問題，通常將采用與玻璃纖維等其他纖維混合，這可以增加柔韌性，從而提高沖擊性能。此外，還可以降低成本。
復合材料力學微信公眾平臺：讓更多人了解你的研究成果
目前文獻中關于低速沖擊的研究大多數都是針對熱固性復合材料。熱固性樹脂在中高固化溫度范圍內具有優異的面內機械性能，但它們的抗沖擊性能很差。熱塑性復合材料是未來的整體發展趨勢，還可以回收利用，與熱固性復合材料層壓板相比，熱塑性復合材料層壓板具有良好的損傷容限和抗沖擊性能。
然而，由于傳統熱塑性樹脂(如PEEK聚醚醚酮)常溫下呈現固態，玻璃化轉變溫度高，不能使用真空輔助樹脂浸漬(VARI)工藝，因為這些樹脂需要達到高溫才能流動，因此只能通過使用昂貴的設備和高加工溫度來實現熱塑性復合材料的制造。為了解決這個問題，Arkema公司最近推出了一種新型丙烯酸甲基丙烯酸甲酯熱塑性樹脂Elium，它在室溫下是液態的，可用于VARI工藝，以提高生產率，降低勞動力和制造成本。
目前，針對在室溫下制造的熱塑性復合材料層壓板的低速沖擊行為研究甚少。
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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
不同沖擊速度及沖擊方式對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，基于各種動力學仿真軟件進行沖擊與跌落的仿真實驗一直備受重視。而對于薄壁鋼管材料的沖擊仿真實驗由于沖擊速度與沖擊方式不同，便會帶來差異化結果。因此，針對不同的工況，需要合理采取不同的沖擊方式設置，以期得到合理的結果。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鋼管的沖擊仿真模型，為沖擊仿真實驗提供理論參考。
2模型建立
薄壁鋼管的截面是矩形的對稱面，因此本文建立矩形薄壁鋼管的四分之一軸對稱模型，薄壁鋼管采用shell單元，不銹鋼材料選用各向同性材料本構，設置沙漏能以控制整體的能量平衡設置。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中進行后處理及載荷曲線的設置。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置
3沖擊速度的影響
在分析沖擊方式對不銹管變形的影響前，需要考慮沖擊速度對其影響。不同的沖擊速度勢必會導致的不同的變形。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。從較低速度到一個較高速度的過渡來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，沖擊速度的增大會導致變形增大，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定義不同的載荷曲線來實現的。
展開 【數值仿真】海上浮式風力機動力響應分析與數值仿真關鍵技術研究
圖3 浮式基礎水動力模型
圖4 波浪入射方向為0°時的一階波浪載荷傳遞函數
動力響應分析
建立海上浮式風力機數值仿真模型,計算極端停機工況下浮式風力機的運動響應。環境載荷方向的定義如圖5所示。環境參數具體數值為:50年一遇風速60m/s;有義波高12m,譜峰周期14.4s,譜峰因子2.2;表面流速2.18m/s。風浪方向均為0°,表面流向為-180°,模擬時間為3600s。計算結果如圖6所示。
圖5 環境載荷方向定義坐標系
圖6 極端停機工況下浮式風力機運動響應
參考文獻：曲曉奇,李紅濤,唐廣銀等.海上浮式風力機動力響應分析與數值仿真關鍵技術研究[J].海洋工程裝備與技術,2023,10(02):72-78.
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展開 《艦船現代沖擊理論及應用》
【版次印次】 1 【ISBN書號】 7030158369
【開 本】 16開 【裝 幀】 精裝
【頁 數】 254
內容提要
本書系統介紹水下非接觸爆炸沖擊環境下，艦船及設備沖擊響應特性仿真分析理論與實踐。全書共分10章，包括緒論、沖擊輸入的時域和頻域表示、沖擊響應特性分析、譜跌和動態設計法的主模態理論、多剛體一彈性體的子結構建模方法、抗沖擊設計的有限元縮聚建模、GAP單元在非線性建模中的應用、沖擊脈沖和沖擊譜的數據分析方法、沖擊試驗機和沖擊脈沖的確定、艦船水下爆炸沖擊等。本書的顯著特點是：在空間上，將水、船體結構、艦載設備等綜合在一起，船體結構強度和設備響應計算直接放在沖擊環境之中；在時間上，考慮了爆炸沖擊過程和船體彈塑性變形過程的連續性；在理論方法上，綜合了理論、試驗和數值方法，但以數值方法為主。本書內容全面，取材新穎，注重方法，實用性強。除系統敘述艦船及設備沖擊響應特性仿真的相關基本概念、基本方法外，作者還注意結合親身實踐體會介紹應用實例和國內外的有關最新研究成果。
本書可直接指導艦船及設備沖擊響應特性分析和防護設計，還可作為高等院校船舶工程、輪機工程等專業以及航空航天、地震、爆炸等領域里的高年級學生和研究生的教學用書，對廣大從事爆炸沖擊動力學分析、研究、應用和開發的科研人員也有較大的參考價值。
第1章緒論
第2章 沖擊輸人的時域和頻域表示
第3章 沖擊響應特性分析
第4章 譜跌和動態設計法的主模態理論
第5章 多剛體-彈性體的子結構建模方法
第6章 抗沖擊設計的有限元縮聚建模
第7章 GAP單元在非線性建模中的應用
第8章 沖擊脈沖和沖擊譜的數據分析方法
第9章 沖擊試驗機和沖擊脈沖的確定
第10章 艦船水下爆炸沖擊
附錄 恒等式的證明
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