基于拟流体模型的SPH新方法及其在弹丸超高速碰撞薄板中的应用
发布时间：2020-12-05 00:18
引入颗粒动力学理论(拟流体模型)建立了适用于超高速碰撞的SPH新方法。将超高速碰撞中处于损伤状态的碎片等效为拟流体,在描述其运动过程中引入了碎片间相互作用和气体相对碎片的作用。采用该方法对球形弹丸超高速碰撞薄板形成碎片云的过程进行了数值模拟,得到了弹坑直径、外泡碎片云和内核碎片云的形状、分布,并与使用传统SPH方法、自适应光滑粒子流体动力学(ASPH)方法的模拟结果进行对比,结果显示:新方法在内核碎片云形状和分布上计算结果更加准确。同时对Whipple屏超高速碰撞问题进行了研究,分析了不同撞击速度下防护屏弹坑尺寸及舱壁损伤特性等特性,计算结果与实验吻合较好且符合Whipple防护结构的典型撞击极限曲线。
【文章来源】：爆炸与冲击. 2017年06期 第990-1000页 北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
算例模型结构
图2不同SPH方法数值模拟结果与实验结果对比Fig．2ComparisonofdifferentSPHalgorithms'simulationresultsandtheexperimentalresult坑直径，l为碎片云的膨胀距离，w为碎片云宽度，Δ为l/w的相对误差。从表3可以看出，采用SPH新方法得到的结果与实验吻合较好。与使用传统SPH方法、ASPH方法的模拟结果进行对比，新方法在内核碎片云形状和分布上计算结果更加准确，与实验更加符合。表明SPH新方法适合模拟铝球冲击铝薄板等超高速碰撞问题。表3超高速碰撞数值模拟结果对比Table3Comparisonofhigh-velocityimpactsimulationresults方法D1D2l/mmw/mml/wΔ/%SPH新方法29．433．7105．781．41．306．5Hiermaier实验［10］27．534．5－－1．39－Hiermaier模拟［10］35．0－－－1．1120．1Liu模拟［13］28．9－105．186．11．2212．2Zhou模拟［12］31．635．3102．875．51．362．2第6期强洪夫，等:基于拟流体模型的SPH新方法及其在弹丸超高速碰撞薄板中的应用995
为形象展示了碎片云形成、膨胀的过程，图3～4分别以俯视、左视两种视角展示了不同时刻铝球超高速撞击铝薄板三维数值模拟过程，其中图4以左视角展示了“碎片云”形成、发展及最终形态，并与Zhou采用传统SPH方法的三维数值模拟结果［12］进行对比。图3铝弹超高速碰撞铝薄板俯视图Fig．3Topviewofhypervelocityimpactofprojectileonthinplates2．2Whipple防护屏超高速碰撞数值模拟研究柳森等［21］进行了一系列有关Whipple防护屏的超高速碰撞实验，本文中选取正碰撞04-0080，04-0090两组典型过程［21］对其进行数值模拟研究。图5为Whipple屏结构示意图。为了减小计算量，在不影响防护屏弹孔尺寸及舱壁弹坑分布的前提下，分别将防护屏和舱壁长宽减少至50和80mm。SPH粒子直径为0．3mm，弹丸直径为5mm，共离散为2440个粒子，撞击速度为5．29和6．15km/s。防护屏和舱壁厚度均为2mm，分别离散为169344和427734个粒子。弹丸、防护屏及舱壁材料为LY12铝合金。Johnson-Cook损伤模型的具体参数［22］见表4。由于本算例的撞击速度处于超高速撞击范畴中相对较低的撞击速度范围，碰撞过程中所有材料处于固体状态，且Grüneisen状态方程膨胀态实际上是固相材料的线性膨胀，且冲击绝热线关系与高压固体状态方程之间联系密切，冲击绝热关系的实验数据较多［23］。因此本算例中状态方程采用Grüneisen状态方程，LY12铝合金式中各系数为ρ=2790kg/m3，Γ=2．0，CS=5328，SS=1．338。表4LY12铝合金本构模型参数Table4ParametersofLY12aluminiumalloyofconstitutivemodelA/MPaB/MPanCmTm/K?ε0/s－13696840．730．0831．77750．1CV/(J·kg－1·C－1)D1D2D3D4D58750．130．13－1．50．0110
本文编号：2898510
【文章来源】：爆炸与冲击. 2017年06期 第990-1000页 北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
算例模型结构
图2不同SPH方法数值模拟结果与实验结果对比Fig．2ComparisonofdifferentSPHalgorithms'simulationresultsandtheexperimentalresult坑直径，l为碎片云的膨胀距离，w为碎片云宽度，Δ为l/w的相对误差。从表3可以看出，采用SPH新方法得到的结果与实验吻合较好。与使用传统SPH方法、ASPH方法的模拟结果进行对比，新方法在内核碎片云形状和分布上计算结果更加准确，与实验更加符合。表明SPH新方法适合模拟铝球冲击铝薄板等超高速碰撞问题。表3超高速碰撞数值模拟结果对比Table3Comparisonofhigh-velocityimpactsimulationresults方法D1D2l/mmw/mml/wΔ/%SPH新方法29．433．7105．781．41．306．5Hiermaier实验［10］27．534．5－－1．39－Hiermaier模拟［10］35．0－－－1．1120．1Liu模拟［13］28．9－105．186．11．2212．2Zhou模拟［12］31．635．3102．875．51．362．2第6期强洪夫，等:基于拟流体模型的SPH新方法及其在弹丸超高速碰撞薄板中的应用995
为形象展示了碎片云形成、膨胀的过程，图3～4分别以俯视、左视两种视角展示了不同时刻铝球超高速撞击铝薄板三维数值模拟过程，其中图4以左视角展示了“碎片云”形成、发展及最终形态，并与Zhou采用传统SPH方法的三维数值模拟结果［12］进行对比。图3铝弹超高速碰撞铝薄板俯视图Fig．3Topviewofhypervelocityimpactofprojectileonthinplates2．2Whipple防护屏超高速碰撞数值模拟研究柳森等［21］进行了一系列有关Whipple防护屏的超高速碰撞实验，本文中选取正碰撞04-0080，04-0090两组典型过程［21］对其进行数值模拟研究。图5为Whipple屏结构示意图。为了减小计算量，在不影响防护屏弹孔尺寸及舱壁弹坑分布的前提下，分别将防护屏和舱壁长宽减少至50和80mm。SPH粒子直径为0．3mm，弹丸直径为5mm，共离散为2440个粒子，撞击速度为5．29和6．15km/s。防护屏和舱壁厚度均为2mm，分别离散为169344和427734个粒子。弹丸、防护屏及舱壁材料为LY12铝合金。Johnson-Cook损伤模型的具体参数［22］见表4。由于本算例的撞击速度处于超高速撞击范畴中相对较低的撞击速度范围，碰撞过程中所有材料处于固体状态，且Grüneisen状态方程膨胀态实际上是固相材料的线性膨胀，且冲击绝热线关系与高压固体状态方程之间联系密切，冲击绝热关系的实验数据较多［23］。因此本算例中状态方程采用Grüneisen状态方程，LY12铝合金式中各系数为ρ=2790kg/m3，Γ=2．0，CS=5328，SS=1．338。表4LY12铝合金本构模型参数Table4ParametersofLY12aluminiumalloyofconstitutivemodelA/MPaB/MPanCmTm/K?ε0/s－13696840．730．0831．77750．1CV/(J·kg－1·C－1)D1D2D3D4D58750．130．13－1．50．0110
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