基于物质点法棱形弹丸撞击靶材表面形貌的数值模拟研究

发布时间：2021-02-03 00:02

　　研究弹丸撞击侵蚀靶材对工业发展具有深远的影响,可靠预测撞击效果和复杂表面形貌是此类问题研究的重中之重。弹丸撞击侵蚀靶材是十分复杂和难以控制参数的过程,且伴随着靶体材料的堆积、破碎和分离等大变形现象,给仿真研究带来了极大的挑战。物质点法采用质点和背景网格的双重描述,对背景网格施加边界约束,每步计算结束丢弃变形的网格并采用新的背景网格,有效避免了有限元网格法中网格畸变及无网格法中边界施加困难等问题,适合处理弹丸撞击侵蚀靶材这类大变形问题。本文基于物质点法开展棱形弹丸撞击靶材表面形貌的数值模拟研究,探究弹丸以不同初始入射条件撞击靶材时弹丸翻转现象及靶材表面形貌的变化规律。基于物质点法编写了弹丸撞击靶材的程序并进行了验证。首先利用加权余量法推导出物质点法控制方程,建立弹丸撞击靶材的求解格式,给出物质点法的显式求解过程;其次引入刚体模型和刚柔接触算法,采用Fortran语言编写了弹丸撞击靶材的物质点法程序;最后使用自编程序对棱形弹丸垂直撞击金属靶材的过程进行了数值模拟,分析弹丸翻转现象、弹坑轮廓的切屑堆积高度和弹坑深度,并将MPM仿真结果与文献中SPH-FEM仿真结果和实验结果进行了对比,结果吻... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３喷丸强化

研宄大量弹丸撞击侵蚀靶材表面对工业发展具有深远的影响，可靠预测撞击??侵蚀效果和复杂表面形貌的形成始终是此类问题研宄的重中之重。工业过程中存??在具有破坏性效果的弹丸侵蚀现象，如河床冲刷（如图１．１所示）、蜂窝桥墩（如??图１．２所示）；也存在具有实用性效果的弹丸撞击现象，如喷丸强化（如图１．３所??示）和喷砂除锈（如图１．４所示）等。??＿遍??图１．１河床冲刷?图１．２蜂窝桥墩??Ｗｌｉｐｉ??图１．３喷丸强化?图１．４喷砂除锈??研宄弹丸撞击侵蚀靶材表面的有害现象和有益现象对工业发展都具有积极的??作用。一方面，水体和水体中大量的颗粒物质对河床及桥塌的撞击、摩擦，使得??河床表面物质在这样长时间的集中作用下脱离，河床形成网状构纹和细沟，甚至是??半固定的水道，对地表形貌产生很大的影响；而桥镦在长久的冲刷作用下，表面??物质发生脱落，桥墩表面出现坑坑洼洼的形貌，裸露出内部的钢筋和混凝土，存??在重大安全隐患问题。可靠预测水体及水体杂质侵蚀河床和桥墩的破坏性效果，??能够有效避免此类安全隐患；Ｗ?？／／面，弹九撞击侵蚀靶材表面在工业ｈ的应用??１??

?２．２物质点法的控制方程??图２．２描述的是物体在固定的笛卡尔直角坐标系中的运动。当／?＝?０时，空间??中物体所占领的区域称为初始构形（ｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ），记为ｑ。当／＃０时，??空间中物体所占领的区域称为现时构形（ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ），记为Ｑ。以特??定的构形作为基准用来度量物体的运动，记为参考构形（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）。??初始构形和现时构形都可以当作参考构形。物质点法通常采用拉格朗日法来描述??物体的运动。拉格朗日法依据选取参考构形的不同分成两种：完全拉格朗日格式??米用的是初始构形，基本变量为物质坐标Ｘ和？，在初始构形上计算虚功方程，??求导物质坐标Ｚ?；更新拉格朗日格式采用的是现时构形，基本变量为物质坐标Ｘ??和／，在现时构形上计算虚功方程，求导空间坐标Ｘ。由于更新拉格朗日格式在??描述大变形动力学问题中体现了优势，在物质点中一般采用更新拉格朗日格式。??现吋构型ｑ??图２．２初始构形和现时构形??初始构形中


本文编号：3015576