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《基于ls_dyna的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第7卷第23期2007年12月科学技术与工程Vol.7No.23Dec.2007167121819(2007)2326004206ScienceTechnologyandEngineeringZ2007Sci.Tech.Engng.力学基于LS2DYNA的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析张小坡石全王广彦(军械工程学院装备指挥与管理系,石家庄050003)摘要采用LS2DYNA的Lagrange算法,选择了适合金属侵彻问题的Johnson2Cook材料模型,建立了圆柱形破片侵彻钢质靶板的有限元模型。通过对数值运算的结果进行分析,得
2、到了破片对靶板的动态侵彻过程及破片和靶板的变形和损伤、破片和靶板上的等效应力分布和选取单元的应力变化曲线;得到了破片在侵彻过程中的速度、加速度变化曲线。关键词侵彻有限元分析LS2DYNA破片靶板中图法分类号O347.3;文献标识码B常规条件下,装备在战场上易受到炮弹、航弹grange算法,以圆柱形破片斜侵彻钢板为例,进行有和一般导弹的威胁,这些弹体爆炸后形成的破片对限元分析,并对运算结果进行了处理,为进一步研装备造成严重的侵彻损伤,使装备的某部件发生表究奠定了基础。面压坑、穿孔或者断裂,而使装备丧失作战能力。因此,研究破片对
3、装备的侵彻损伤仍然是战损研究1基本理论的重点。目前分析破片的侵彻过程主要采用经验法、解析法和数值模拟法。经验法即以试验为基1.1有限元法及LS2DYNA简介础,对试验数据进行相关分析,建立计算冲击侵彻有限元法(finiteelementmethod,FEM)[1]属于结果的经验公式,但所建立的经验公式有很大的局力学分析中的数值法,起源于航空工程中的矩阵分限性;解析法即利用简单实用的力学理论模型求析。它是把一个连续的介质(或构件)看成是由有解,但不能充分全面地表达侵彻冲击的物理过程;限数目的单元组成的集合体,在各单元内假定具有
4、数值模拟法即利用现代数值计算方法求解,主要是一定的理想化的位移和应力分布模式,各单元间通有限元、有限差分、离散元等方法。与前两种方法过节点相连接,并藉以实现应力的传递,各单元之相比,数值模拟方法能完整地给出侵彻过程中破片间的交接面要求位移协调。当给物体施加载荷以和靶板系统的应力、应变、速度、加速度以及破坏状及边界条件时,这些载荷以及边界条件被自动转加况等全部物理量的精确结果,并且可以任意设定模到各个单元上,通过力的平衡条件,建立一套线性拟条件,进行多次试验。因此,数值模拟方法研究方程组。求解这些方程组,便可得到各单元和结点侵
5、彻过程具有越来越广阔的前景。本文以非线性的位移、应力。因为物体被离散的单元数量是有限显式动力分析程序LS2DYNA为平台,应用其La2的,未知量的个数也是有限的,因此被称为有限元。简言之,就是化整为零分析,积零为整研究。2007年8月16日收到LS2DYNA是世界上著名的显式动力分析有限第一作者简介:张小坡(1978—),男,硕士研究生。E2mail:zhan2元程序,它可以对在其它前处理软件(如ANSYS)中gxp726@163.com。构建的有限元模型进行分析,以求解各种几何非线23期张小坡,等:基于LS2DYNA的圆柱
6、形破片侵彻靶板有限元分析6005性、材料非线性和接触非线性问题。在军事上特别现时构形的体积,εÛij为应变率张量,q为体积粘性适用于进行侵彻分析、爆炸分析以及常规武器设计阻力。偏应力和压力分别为:等。因此,在军事领域得以广泛应用,目前已成为1Sij=σij+(p+q)σij,p=-σkk-q。国内科研人员开展数值实验的有力工具。31.2LS2DYNA算法2破片侵彻分析利用LS2DYNA模拟侵彻问题时,可采用La2本文以圆柱形破片斜侵彻钢板为例,进行有限grange方法、Euler方法以及这两种方法的结合ALE元分析。取圆柱形
7、破片的截面直径为1cm,长度为方法。实际上采用不同的算法只是相当于采用不5cm,靶板周边固定,其长宽及厚度分别为20cm×同的坐标固定方式,Lagrange方法坐标固结在物质20cm×1cm。破片以1000m/s的速度,与靶板法上,或者说随物质一起运动和变形;Euler方法坐标向成30°角的方向倾斜入射,如图1所示。是固定的空间坐标系;ALE方法是将上述两者相结合,同时又引入了新的参考构形。相比较而言,Eul2er方法多用于流体力学问题,在固体力学中用得很少;ALE方法是处理流体2固体相互作用的较好方法,其理论与算法较复杂,
8、在具体编程和工程中不易实现;而Lagrange法是目前描述破片或弹丸对靶体侵彻行为的最成熟、最方便的方法。采用La2grange法描述的有限元法,可以处理高速侵彻过程中复杂的边界条件和复杂的材料本构关系,并且对图1圆柱形破片斜侵彻钢板示意图接触滑移面描述非常方便。[2]Lagrange方法
