SPH耦合FEM模拟弹丸撞击对表面形貌的影响-论文.pdf

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1、第43卷第5期山东大学学报(工学版)2013年1O月Vo1．43NO．5JOuRNALOFSHANDONGUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCE)0ct．2013文章编号：1672-3961(2013)05-0087-06DOI：10．6040／j．issn．1672—3961．0．2012．305SPH耦合FEM模拟弹丸撞击对表面形貌的影响王建明，裴信超，樊现行，刘伟，曹雁超(山东大学机械工程学院，山东济南250061)摘要：为消除有限元法(finiteelementmethod，FEM)处理切屑分离及大变形问题的局限，使用光滑粒

2、子流体动力学法(smoothparticlehydrodynamics，SPH)耦合FEM模拟此类问题。工件使用SPH建模，弹丸使用FEM建模，二者通过接触算法实现耦合，通过仿真实验研究锐边弹丸在不同入射条件下撞击工件时，弹丸的翻转效应对工件表面弹坑深度、切屑堆积高度的影响。结果表明：当前倾角较大时，弹丸向前翻转，对工件表面产生碾压作用，形成尖锐的弹坑，切屑堆积在弹坑前部边缘不与工件分离；当前倾角较小时，弹丸向后翻转，对工件表面产生铲削作用，切屑与工件分离，弹坑横截面光滑而平缓。通过与相关实验及理论数据的比较，验证了仿真模型及结果的正确性，为锐边弹丸侵

3、蚀工件表面的仿真研究提供新的手段。关键词：锐边弹丸撞击；光滑粒子流体动力学法耦合有限元法；翻转作用；表面形貌；数值模拟中图分类号：0242．21；0358文献标志码：ANumericalsimulationsofaparticleimpactingtoaffectthesurfacemorphologybySPHcoupledFEMWANGJian—ming，PEIXin—chao，FANXian—hang，LIUWei，CAOYan-chao(SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversity，Jinan

4、250061，China)Abstract：Thesmoothedparticlehydrodynamics(SPH)methodcoupledFEMwasappliedtoeliminatethelimitationsoffiniteelementmethod(FEM)dealingwiththechipseparationandlargedeformationoftheworkpiece．TheSPHparti—cleswereusedtomodeltheworkpieceandtheFEMwasappliedtodiscretetheangula

5、rparticle，whichwerecoupledbyusingthecontactalgorithm．Theinfluenceofparticlerotatingeffectsonthecraterdepthsandchipspile—upheightswasstudiedunderdifferentsimulationincidenceconditions．Theresultsshowedthattheparticlewouldrotateforwardwhenitsrakeanglebacamelargeenough．Theangularcra

6、terwouldbeformedandchipswouldpileupattheedgeoftheera—terwithoutseparatingfromtheworkpiece．Ontheotherhand，theparticlewouldrotatebackwardwhenitsrakeanglewassmal1．Ashallowandsmoothedcraterwouldbeformedandchipswouldseparatefromtheworkpiece．Thesimula—tionmodelandresultswerevalidatedb

7、ytheexistingtheoreticalandexperimentaldata，whichcouldprovideaneffectivesimulationresearchmethodtostudyangularparticleerosion．Keywords：angularparticleimpact；smoothedparticlehydrodynamicscoupledfiniteelementmethod；rotatingeffects；surfacemorphology；numericalsimulation收稿日期：2012-l0-2

8、5网络出版时间：2013-07—1111：14网络出版地址：http：／／www．cnki．n