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。     

一种自适应轴对称FEM-SPH耦合算法及其在高速冲击模拟中的应用

为了准确、高效地模拟高速冲击问题,提出了一种自适应轴对称有限元(FEM)-光滑粒子流体动力 学(SPH)耦合算法。该算法在初始时刻全部采用FEM 计算,在动态变形过程中自动将畸变单元转化为粒 子,采用SPH 计算。该算法采用一种新的耦合算法实现单元与粒子间的高精度耦合,并应用最小内角转化准 则和单元分组转化方式实现单元向粒子的自动转化。计算了几个典型的高速冲击问题:首先,通过计算应力 波传播测试了新的单元-粒子耦合算法的精度;然后,通过计算泰勒杆问题验证了自适应耦合算法及相应程序 的正确性;最后,计算了弹体侵彻铝板和混凝土板。结果表明:自适应耦合算法计算精度好且效率高,适合模 拟高速冲击问题。     

一种陶瓷脆性材料动态本构参数的计算反求方法

提出了一种利用反射波和透射波响应反求陶瓷脆性材料动态材料本构参数的方法.通过数值模拟分析哑铃形试件在加载和测试中能有效地消除动态应力波的应力集中,从而得到有效的动态压缩强度,因此该文利用哑铃形得到的可靠反射波和透射波响应做反求输入信息.应用遗传算法,根据反射波和透射波响应反求材料本构参数,避免了应力波效应和应变率效应解耦的问题,不必分离结构响应和材料响应,从而快速地获取参数.     

不同头部形状子弹侵彻钢板的跳弹及规律研究

采用LS-DYNA软件中的拉格朗日有限元方法,对不同头部形状子弹侵彻钢板问题进行了三维数值模拟研究,并与实验结果进行比较分析,结果表明:平头、圆头、尖头子弹侵彻剩余速度计算结果与实验结果吻合较好,相对误差都在10%以内,从而验证了数值分析模型的有效性。在此基础上分别计算了入射速度为400 m/s、500 m/s、600 m/s和倾角分别为50°、55°、60°、65°、70°、75°状态下的平头、圆头、尖头子弹侵彻圆形钢板模型,得出了不同头部形状跳弹规律、跳弹临界角范围、侵彻过程所消耗的动能,为子弹头部形状设计提供了参考。     

刚性弹斜侵彻石灰石靶的子弹头部形状优化

基于空腔膨胀理论,提出了一种计算斜侵彻条件下轴向阻力和侧向阻力的计算方法,并基于阻力公式,对斜侵彻石灰石靶的刚性子弹头部形状进行了优化设计,使得轴向阻力和侧向阻力为最小,提高子弹的侵彻性能.研究结果表明,无论是单独考虑轴向阻力还是侧向阻力,斜侵彻状态下获得的最优头部形状函数都介于卵形和锥形之间.     

二维空间中基于黎曼解的SPH方法

应用传统的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟激波问题能自主捕获波阵面,但是在接触间断界面处却不可避免地存在压力振荡。采用黎曼解修正粒子对之间的相互作用,并将基于黎曼解的SPH方法扩展到二维空间。通过对一维具有解析解的激波管问题和二维拟内爆问题的模拟,比较了基于黎曼解的SPH方法和传统的SPH方法。数值结果表明,相对于传统的SPH方法,基于黎曼解的SPH方法能够有效避免接触界面处的压力振荡,提高求解的精度。