三维FE-SPH自适应耦合方法在混凝土侵彻问题中的应用

发布时间：2021-06-24 13:50

　　子弹侵彻混凝土靶板问题一直是武器研制和工程防护部门关注的重点，对侵彻过程和侵彻机理的研究在战斗部设计、毁伤效应评估等方面有重要意义。针对混凝土侵彻响应问题，以往开展了大量的实验和数值模拟研究。实验方法往往只专注于弹靶在终点时刻的状态。而数值模拟则可以借助于计算机求解侵彻过程连续介质物理方程组，它不仅可以在一定程度上再现子弹在靶体中侵彻的弹道轨迹曲线，还能得到各物理量的时间历程，从而有助于对侵彻过程进行进一步分析。混凝土靶侵彻数值模拟研究通常采用侵蚀有限元方法（FEM），该方法具有计算效率高的优势，但将畸变单元从模型中删除容易造成计算模型总能量损失，使得计算结果的精度得不到保证。光滑粒子流体动力学（SPH）法能有效地避免网格畸变，并能自然地模拟材料的破坏、飞溅等现象，但相对较低的计算效率也成为其应用于三维建模分析的瓶颈。FEM与SPH方法在模拟高速冲击问题时各有优缺点，为了集两者优势于一体，近年来国内外开始对SPH与FEM的耦合方法进行研究，并取得了一些成果。本文就是在该背景下，基于Johnson和肖毅华等关于耦合算法的研究工作，结合具体的素混凝土及钢筋混凝土的侵彻实验，将三维FE-SP... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

单元向粒子转化前示意图

图 2.2 单元向粒子转化后示意图 和图 2.2 分别为单元向粒子转化前和转化后的示意图。图 A，B，C 待转化为粒子。图 2.2 中 A 单元转化为 A 粒子主面时，产生的粒子连接到其中面积最大的主面，即粒子球形粒子的外表面到连接表面 a-b-d 的距离，通过连接算实现单元与粒子的耦合；同时确定球形粒子的外表面到与透距离attach ，用于粒子与其他三角形表面的接触计算。对 B，其连接到唯一剩下的三角形面 f-g-h，确定球形粒子的h 的距离，通过连接算法使其始终保持不变，实现单元与 转化为的粒子 C，所有三角形被删除，粒子 C 不连接到任情况可总结为一个四面体单元转化为粒子后，产生的粒子的三角形面，则在后续计算过程中，只要包含该三角形面算法使粒子始终与该三角形面联系在一起；一些转化生成接，需通过接触算法来处理它们与其他任何三角形面之间

图 3.1 HJC 压力-体积应变曲线等效强度综合考虑了材料的损伤、应变率效应以，如图 3.2 所示，表述为：[(1)][1ln]*** A D BP C Nfc为正则化等效应力、 D为损伤量 (0 D 1.0)、0 / 为等效应变率，其中cf 为准静态单轴抗压强水压力、 为响应应变率、101.0 s为参考应变正则化压力硬化系数、N 为压力硬化指数，C 为大强度。

【参考文献】：
期刊论文
[1]SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程[J]. 王建明,余丰,刘飞宏,张刚.  山东大学学报(工学版). 2011(05)
[2]一种有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法[J]. 肖毅华,胡德安,韩旭.  计算物理. 2011(02)
[3]流体与结构相互作用问题的FE-SPH耦合模拟[J]. 肖毅华,韩旭,胡德安.  应用力学学报. 2011(01)
[4]基于SPH耦合有限元法的喷丸残余应力场数值模拟[J]. 刘飞宏,王建明,余丰,张刚.  山东大学学报(工学版). 2010(06)
[5]一种光滑粒子流体动力学-有限元法转换算法及其在冲击动力学中的应用[J]. 张志春,强洪夫,高巍然.  西安交通大学学报. 2011(01)
[6]基于FEM-SPH耦合法的弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟[J]. 纪冲,龙源,方向.  振动与冲击. 2010(07)
[7]SPH/FEM耦合算法在陶瓷复合靶抗侵彻数值模拟中的应用[J]. 卞梁,王肖钧,章杰.  高压物理学报. 2010(03)
[8]FEM/SPH耦合算法的射弹冲击起爆仿真[J]. 张忠,陈卫东,陈浩.  系统仿真学报. 2009(22)
[9]动载荷作用下混凝土靶板损伤破坏的数值分析[J]. 张凤国.  兵工学报. 2009(09)
[10]基于FEM与SPH耦合算法的金属切削仿真研究[J]. 宿崇,唐亮,侯俊铭,王宛山.  系统仿真学报. 2009(16)

博士论文
[1]光滑粒子法与有限元的耦合算法及其在冲击动力学中的应用[D]. 王吉.中国科学技术大学 2006



本文编号：3247218