基于OTM方法的超高速碰撞问题数值模拟

发布时间：2022-02-15 16:23

　　最优输运无网格方法（optimal transportation meshfree method,OTM）相比传统的SPH方法,可以有效克服现有显式分析中能量不守恒问题,完全避免SPH方法中存在的拉力不稳定性,并可规避零能模式的出现.本文采用OTM方法对铝制球形弹丸超高速撞击铝合金靶板问题开展了数值模拟研究.为描述铝在高温高压和高应变率条件下的动态力学响应,采用Johnson-Cook材料模型和Mie-Grüneisen状态方程对超高速撞击单层靶板进行数值模拟,得到的弹坑直径、碎片云长度与宽度以及内核碎片云的形态和分布与实验吻合较好.此外,对超高速撞击双层靶板问题也进行了数值模拟,模拟得到的碎片云形貌参数符合实验结果,二次碎片云的模拟长度与实验结果仅相差2.6%.数值模拟结果表明OTM方法非常适合于模拟超高速碰撞问题. 

【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

物质点与节点空间离散方案

基于OTM方法所编制程序的主要算法流程如图2所示.① 几何模型的初始化. 一般地,将d维的问题域(几何模型)Ω0进行网格划分生成初始节点集{xa,0,a=1,2,…,N},并取每个单元的形心作为一个物质点的初始位置,组成物质点集{xp,0,p=1,2,…,M},物质点的初始体积可设为该物质点所在单元占据的空间大小.

如图3所示,铝制球形弹丸半径为5 mm,铝靶板的尺寸为50 mm×50 mm×4 mm,铝球的撞击速度设为与实验[8] 一致的6.18 km/s. 计算过程中,时间步长由CFL条件给出,每个时间步长的量级约为0.1 μs,室温设为300 K.图4为20 μs时OTM方法计算得到的碎片分布,将其与Hiermaier的实验[8] 及Hiermaier数值模拟结果[8] 进行对比,可以发现OTM得到的碎片云,整个碎片云的大部分质量中位于外泡碎片云的前端,气泡的大致形貌较为圆润,在形貌上和分布上都与实验结果吻合较好.

【参考文献】：
期刊论文
[1]超高速碰撞成坑特性分子动力学模拟[J]. 巨圆圆,张庆明,龙仁荣,武强,龚自正.  北京理工大学学报. 2018(12)



本文编号：3626946