侵蚀滑移计算方法的改进

将二维拉格朗日有限元程序LTZ-2D中侵蚀滑移的计算方法进行了改进.将单元侵蚀判断标准由单一的累积塑性应变标准改为累积塑性应变、单元的硬化因子以及单元相对于滑移线的变形角度的综合判断标准.同时,利用本文的改进算法对侵彻问题进行了数值模拟.计算结果显示,采用改进后的侵蚀滑移计算方法不仅很好地显示了侵彻过程中弹靶的接触面,...     

三维自适应FE-SPH耦合算法在多层间隔金属靶侵彻问题中的应用

鉴于有限元算法不能有效地模拟侵彻过程所产生的金属碎片, 本文中基于三维自适应FE-SPH耦合算法的基本理论, 自主开发了模拟多层间隔金属靶侵彻问题的三维FE-SPH耦合计算程序。该程序采用四面体单元对多层间隔金属靶侵彻模型进行初始离散, 计算过程中, 当四面体单元等效塑性应变超过某一设定值时, 单元自动转化为SPH粒子, 并引入有限单元-粒子接触算法和耦合算法, 实现大变形和破碎区域采用SPH方法计算, 克服有限元法单元畸变存在的问题。多层间隔靶侵彻算例分析表明, 三维FE-SPH耦合计算程序采用等效塑性应变作为转化判据计算结果较稳定, 并且能够有效地再现侵彻过程中所产生的碎片, 能够模拟侵彻碎片对后层靶的毁伤效应。     

高速钢球在水中贯穿过程的数值计算

本文采用二维有限元数值计算方法对水中高速钢球的侵彻贯穿作用及贯穿通道的形成和发展进行了数值模拟计算,给出了钢球侵彻速度水中压力波和空腔发展,这些结果与实验观察较为吻合。本文的工作说明,数值方法可以作为研究创伤力学的重要手段,有着广阔的应用前景。     

考虑质量磨蚀的高速侵彻弹体的壁厚设计

针对弹体高速正侵彻和斜侵彻混凝土/岩石半无限靶,基于考虑弹头质量磨蚀的弹体轴向阻力计算方法,结合弹体在非对称质量磨蚀及斜侵彻条件下所受的横向作用力,给出了高速弹体在正侵彻和斜侵彻两种状态下弹体结构屈服的分析方法,得到了在给定弹体壁厚条件下保持弹体结构稳定性的弹体极限初始撞击速度的要求,并讨论了不同的弹靶组合条件对弹体极...     

筒状弹体垂直侵彻钢筋混凝土墙的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA软件,对钢筋混凝土墙在受到筒状弹体侵彻撞击、钢筋约束力,及壁面摩擦力等综合作用下的力学效应进行了数值模拟,展现了弹体冲击作用下,钢筋混凝土靶体破碎、飞溅成坑、墙体整体滑移和背面层裂等现象,计算结果与试验宏观破坏现象吻合良好,说明材料模型和参数正确,模拟方法可行.     

长杆弹对混凝土的侵爆效应

对适用于长杆弹在混凝土介质中侵彻和爆炸全过程的三维数值模拟方法和技术进行了研究。描述了进行相应数值模拟的有关方法和关键技术。确定了靶体C30混凝土材料所使用的本构模型及其相应的参数。对卵形头长杆弹在C30混凝土中侵彻到一定深度再爆炸的全物理过程进行了三维数值模拟,分别给出了C30混凝土靶体在侵彻和爆炸作用下的破坏效应图像。将侵彻计算图像与实验结果进行了比较,两者定性符合。     

钨合金弹体对混凝土靶的超高速侵彻机理

为研究钨合金弹体超高速侵彻混凝土靶的相关机理,构建了适用于超高速撞击的金属强度模型、失效模型和混凝土的本构模型,对93钨合金弹体超高速撞击混凝土靶问题进行了数值模拟。开展了钨合金弹体超高速撞击混凝土靶实验,分析了靶板成坑特性,研究了侵彻总深度和残余弹体长度随撞击速度的变化规律,理论分析了长杆钨弹超高速撞击混凝土的侵彻模型和混凝土靶内的应力波传播。得到以下主要结论:（1）利用金属及混凝土的新本构模型获得的超高速撞击混凝土靶的破坏形貌数值模拟结果与实验结果一致;（2）超高速撞击条件下混凝土靶成坑为“弹坑＋弹洞”形,成坑体积与弹体动能近似成正比;（3）超高速撞击条件下,侵彻深度随弹速提高呈现先增大后减小的现象,高速段侵深降低是弹体经历销蚀侵彻后“刚体侵彻阶段”减少造成的;（4）建立的钨合金超高速撞击混凝土侵彻分析模型,可用来预估侵彻深度、残余弹长、蘑菇头直径等参数;（5）采用建立的超高速撞击混凝土靶内应力波传播理论模型得到的计算结果与实验结果吻合较好。     

三维圆柱水滴撞击特性分析

发展了三维欧拉法水滴撞击程序,通过分析其中扩散系数值对结果的影响得出:扩散系数取值为0.001时本文计算结果与文献结果和实验值最接近。通过文献中2个算例进行了验证:三维圆柱算例中本文计算结果与文献中最大水滴收集系数相差3%,撞击极限相差7%;三维圆球算例中最大水滴收集系数相差1%,撞击极限相差6.5%。这表明此方法与文献中结果和实验结果吻合良好。利用欧拉法对三维圆柱的水滴撞击特性进行了数值模拟,分析了圆柱直径、来流速度、水滴直径对三维圆柱水滴撞击的影响。结果表明:相同条件下撞击极限随着圆柱直径增大而增大,最大水滴收集系数随着圆柱直径的增大而减小;撞击极限和最大水滴收集系数随着来流速度的增大而增大;来流速度越大,最大水滴收集系数增加幅度减小;撞击极限和最大水滴收集系数随着水滴直径的增大而增大;水滴直径越大,最大水滴收集系数增加幅度减小。     

长杆弹撞击陶瓷靶的一种数值模拟方法

陶瓷材料具有高强度和低密度等特点，抗弹性能优越，被广泛用于各类装甲中。长杆弹撞击陶瓷靶时会发生径向流动、质量显著侵蚀而无明显侵彻的界面击溃现象，是陶瓷抗侵彻性能研究中具有重要研究价值的特殊现象。利用有限元软件AUTODYN建立了长杆弹撞击陶瓷靶的二维轴对称计算模型，采用Lagrange和光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics, SPH）算法，模拟了柱形钨合金长杆弹撞击带盖板的碳化硅陶瓷，通过改变长杆弹的撞击速度，得到了界面击溃、驻留转侵彻和直接侵彻3个不同现象。讨论了不同建模算法、边界条件以及材料参数对模拟结果的影响。通过网格收敛性验证和与实验结果进行拟合，综合验证了计算模型中算法、边界条件和参数设定的可靠性。结果表明，在建模中若同时使用SPH算法和Lagrange算法，需要考虑粒子和网格大小对于模拟结果的影响。针对长杆弹撞击陶瓷靶的界面击溃模拟，不建议对陶瓷材料采用SPH粒子建模。相关建模和参数选择方法对后续陶瓷抗侵彻/界面击溃的数值模拟具有重要的指导意义。     

对厚水层及多层间隙金属靶平面斜侵彻全物理过程的数值模拟研究

2D平面斜侵彻的数值模拟 ,可再现对应的 3D斜侵彻中最严重非对称受力面内的终点弹道效应 ,并为近似估算 3D斜侵彻等效弹迹及等效扩孔横截面积提供基础数据。利用重新设计和改造的LTZ 2D程序 ,解决了阻抗差异大的多物质厚靶的平面斜侵彻的计算问题 ,得到了定性上合理、定量上适用的结果。     

关于弹体冲击和贯穿混凝土的三维数值模拟

利用FEM和SPH算法相结合给出弹体冲击和贯穿混凝土的三维数值模拟。将弹体划分为四面体有限元网格,混凝土划分为光滑粒子。为形成单元方便,将弹体划分成三个独立的模块并且这三个独立的模块具有拼凑功能。给出光滑粒子-有限元界面的滑移面算法。为了提高计算效率,在程序的前处理中预设界面的从属点和每个光滑粒子的关联点。计算结果与实验结果对比表明,FEM和SPH算法相结合及编制的程序能有效模拟弹体对混凝土的三维冲击和贯穿过程。同时给出在垂直冲击中二维计算与三维计算的差别。     

非线性侵彻动力过程的再生核质点法

通过在再生核质点法中引入Johnson-Cook本构方程及损伤模型,并利用新型的滑移面算法及配 点法解决再生核质点法中的接触面和质点滑移问题,方便实现边界条件和计算过程中质点速度调整。通过侵 彻过程再生核质点法研究,实现了弹丸侵彻靶板过程的模拟分析,避免了有限元法中单元严重变形和破坏过 程的网格重构困难,提高了分析精度和计算速度,可方便模拟侵彻的大变形和高应变率现象。     

A multi-fiber approach for modeling corroded reinforced concrete structures

Taking into account the specific behavior of the steel/concrete interface is of primary importance to predict properly the structural response of RC structures. Several constitutive models have been proposed in the literature within the framework of nonlinear finite element method (2D and 3D). Such approaches usually lead to high computational costs due to the large number of degrees of freedom. In the present paper, a multifiber-based model including the steel/concrete interface behavior is proposed. Despite the fact that the kinematics of the multi-fiber approach is based on the theory of beams, this simplified strategy accounts for local phenomena such as the relative sliding between concrete and steel. Furthermore, this steel/concrete interface constitutive model can be extended to model the loss of bond properties due to corrosion. The numerical implementation aspects are described and local responses at the Gauss point level are exposed in the cases of monotonic loadings with and without corrosion. The efficiency and the reliability of the proposed approach are tested on structural case studies which highlight a good agreement between numerical and experimental results. This multifiber-based model provides a pertinent tool for the engineers concerns with the structural assessment of degraded reinforced concrete structures.     

GPU-accelerated smoothed particle hydrodynamics modeling of jet formation and penetration capability of shaped charges

The prediction of the penetration of three-dimensional (3D) shaped charge into steel plates is a challenging task. In this paper, the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is applied to simulate the jet formation generated by the shaped charge detonation and its damage to steel plates. The Jones–Wilkins–Lee (JWL) equation of state (EOS), Tillotson EOS, and elastic–perfectly plastic constitutive model were incorporated into SPH for the modeling of explosive detonation and dynamic behavior of metal material. The compute unified device architecture (CUDA) parallel programming interface has been employed in SPH to improve the computational efficiency of SPH. Firstly, the constitutive models and EOSs are validated by 3D TNT slab detonation and aluminum–aluminum (Al–Al) high velocity impact. Then the jet formation of the shaped charge detonation and its penetration into the steel plates are investigated using the graphics processing unit (GPU)-accelerated SPH methodology. The numerical results of these test cases are compared against the published experimental data or analytical result, which shows that the GPU-accelerated SPH methodology is capable of tackling the 3D shaped charge detonation and penetration involving millions of particles with high computational efficiency.     

船舶应急抛锚计算方法研究

应用常规经验公式和有限元CEL大变形计算方法，结合抛锚试验，研究了上海LNG管道项目北港5 wt级船舶8.3 t船锚、南港40 wt级船舶18.80 t船锚在BSZ111等多个钻孔点的应急抛锚贯入深度情况，其中CEL方法还考虑了正面贯入、窄面斜向贯入和宽面斜向贯入情况．公式法计算的应急抛锚最大贯入深度北港为2.60 m，南港为3.13 m，而有限元CEL大变形计算方法得出北港为2.86 m，南港为5.24 m．结果表明：CEL方法计算所得窄边(60°)贯入深度普遍大于经验公式计算所得值，说明横截面积的变化是影响贯入深度计算的重要因素．公式法的结果受到土壤系数恒定不变因素的限制，无法考虑贯入过程中土壤的竖向和横向刚度的变化，结果相对偏小，而CEL法可考虑多层土壤刚度以及土壤刚度随土层变形增加后的折减，计算过程更为客观，结果偏于安全考虑，适合作为设计依据．所以，对土层组成相对单一时可采用公式法，而对土层组成多变的复杂情况，建议采用更加客观和安全的CEL方法．     

Sliding contact conditions using the master–slave approach with application on geometrically non-linear beams

Frictionless sliding conditions between two bodies are usually defined using either the method of Lagrangian multipliers or by prescribing an artificial (penalty) stiffness which resists the penetration at the contact point. Both of these methods impose the condition that the contact force should be normal to the contact surface, with the Lagrangian multiplier or the penalty parameter serving as a measure of this force. In this work, an alternative approach is undertaken: the frictionless sliding condition is defined through a relationship between nodal parameters of the virtual displacements of a discretised principle of virtual work. This method, which does not involve additional force parameters or degrees of freedom, is known as the master–slave or the minimum-set method and is particularly convenient for displacement-based finite-element implementation. The method is analysed in detail in context of bilateral sliding constraints characteristic of prismatic and cylindrical joints in flexible beam assemblies undergoing large overall motion. Two numerical examples are presented and assessed against the results in the literature.     

SPH方法在聚能装药射流三维数值模拟中的应用

采用有限元软件LS-DYNA中的SPH算法实现聚能装药射流形成过程的三维数值模拟.将SPH方法和FEM方法与理论计算结果相比较.研究结果表明:SPH数值模拟计算过程十分稳定,避免了有限元数值模拟过程中的网格扭曲、缠绕和物质穿透等问题,而且计算精度比有限元方法更高;采用SPH方法计算的射流速度、射流长度与有限元计算结果和...