AUTODYN破片冲击实例

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AUTODYN破片冲击实例 PPT

9.a 在导航条上选择 Plots
9.b 选中Material Location 选项
9.c 在 Additional Components, 下选择 Vectors 查看速度矢量
9.d 在Additional Components下选中 Grid 查看网格
第十步 – 用铜填充破片的一部分
10.a 在导航条上选择Parts
8.b 单击next 8.c 选中 Fill with Initial
Condition Set (确认frag_vel 被选中)
8.d 选择AL 7039 作为填充的材料 (这里用AL填充全部的破片, 后面再用其他材料进行替代)
8.e 确认数据
第九步 – 查看破片模型
Rotate, Translate, Zoom
14.c 单击next
14.d 不选择Fill with Initial Condition Set (破片只有一个初始条件)
14.e 选择STEEL 1006 作为填充材料
14.f 确认数据
第十五步 – 重新检查模型
15.a 从视图上查看破片已经被赋予正确的材料
15.b 从视图上查看破片速度矢量
4.f 确认数据
第五步 – 为破片创建一个初始条件
5.a 导航条上选择 Init. Cond. On
5.b 对话面板上选择 New 5.c 输入 “frag_vel” 作为初始条件的
名称 5.d 保持默认的Velocity Only 不变(将
把它应用到不同的材料)
5.e 输入 X-velocity为“2000.0” ( Xaxis 默认为对称轴)
5.f 确认数据
第六步– 创建破片

基于AUTODYN的火工品爆炸冲击响应仿真分析

2018年第2期导弹与航天运载技术 No.2 2018 总第360期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.360收稿日期：2017-01-23；修回日期：2017-09-23作者简介：薛锋（1985-），女，工程师，主要研究方向为结构动力学、动力学环境试验文章编号：1004-7182(2018)02-0115-06 DOI ：10.7654/j.issn.1004-7182.20180223基于AUTODYN 的火工品爆炸冲击响应仿真分析薛锋，张刚，王飞，韩铭，杨泽雨（北京强度环境研究所，北京，100076）摘要：根据火工品爆炸冲击环境模拟装置的基本原理，采用AUTODYN 数值计算软件，对火工品激励响应板爆炸冲击模拟装置进行了仿真研究。

得到了不同位置的加速度时程曲线，将计算结果和试验数据进行了对比。

结果表明，试验与计算结果吻合较好。

通过前期仿真计算减少了试验调试时间与难度，降低了试验成本，提高了火工品爆炸冲击试验的精度，对高量级火工品爆炸冲击试验具有重要指导意义。

关键词：爆炸冲击；火工装置；爆炸冲击试验；AUTODYN 数值模拟；流-固耦合中图分类号：V416.5 文献标识码：AResearch on the Techniques of Pyrotechnic Explosive Impact Test byAUTODYNXue Feng, Zhang Gang, Wang Fei, Han Ming, Yang Ze-yu(Beijing Institute of Structure and Environment Engineering, Beijing, 100076)Abstract: According to the basic theory of pyrotechnic explosive impact test, the simulation for a pyrotechnically excitationdevice simulator is carried out by use of the commercial software AUTODYN. Several of the acceleration time history curves of different locations have been simulated, compared the calculated results with experimental data. The results show that simulation and the experimental results are consistent with each other rather well. The experiment cost and debugging time is reduced according to the prophase numerical simulation, and improved the precision control technique, provides effective guide for the pyrotechnic explosive impact test.Key words: Explosive impact; Pyrotechnics; Explosive impact test; AUTODYN numerical simulation; Fluid-solid coupling0 引言航天器在飞行过程中，火工品装置爆炸会在邻近结构上产生剧烈的瞬态机械响应[1~4]。

破片和冲击波对相控阵雷达天线罩的复合毁伤研究

关键词：雷达毁伤；等效靶板；冲击波；破片；复合毁伤
中图分类号：ＴＪ５５文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ４８７Ｘ（２０１４）０ｌ —Ｏ１１４— ０４
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＤａｍａｇｅｆｏｒＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＲａｄｏｍｅ
学程序ＡＵＴＯＤＹＮ，建立了密度为１００个／ｍ的钨破片侵彻相控阵雷达天线罩等效靶板的有限元模型，并在
模型中采用Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｂｌａｓｔ方法模拟爆炸冲击波对目标结构的球面加载方式。考察了破片先于冲击波到达目标结构对天线罩等效靶板的复合毁伤，分别对靶板的破片侵彻和预先打孔的两种不同毁伤方式进行仿真
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄａｍａｇｅｅｌｆｂｃｔｏｆｐｈａｓｅｄａｒｒａｙｒａ（ｈ）ｍｅｂｙｆｒａｇｍｅｎｔｓａｎｄｓｈｏｃｋｗａｖｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ
ｂｙＦｒａｇｍｅｎｔｓａｎｄＳｈｏｃｋＷａｖｅ
ＧＵＯＭｉａｏ，ＹＵＡＮＪｕｎ一１７１ｉｎｇ，ＬＩＵＹｕ — ｃｕｎ，ＣＨＡＮＧＳｈｕａｎｇ－ｊｕｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎ — ｈｕａ

AUTODYN基础教程一

03
Autodyn基本操作
创建和打开Autodyn模型
01
创建新模型
点击菜单栏中的“File”选项，选择“New Model”来创建一个新的
Autodyn模型。单栏中的“File”选项，选择“Open Model”来打开一个已存
在的Autodyn模型。
03
保存模型
在完成模型的创建或修改后，点击菜单栏中的“File”选项，选择
总结词
复杂结构的碰撞分析是Autodyn中的一个高级案例，用于学习如何进行碰撞模拟和冲击动力学分析。
详细描述
这个案例将展示如何使用Autodyn建立复杂结构的有限元模型，对其进行碰撞模拟和冲击动力学分析，并查看结果。通过这个案例，学习者可以掌握如何进行碰撞模拟和冲击动力学分析，了解如何查看和解释碰撞力和冲击响应。
02
Autodyn简介
Autodyn是什么
Autodyn的特点和优势
高度模块化
精确度高
Autodyn具有高度模块化的特点，可以根据用户需求选择不同的模块进行模拟分析，灵活性高。
Autodyn采用有限元分析方法，能够精确模拟结构的动力学行为，得到高精度的分析结果。
强大的后处理功能
广泛的应用领域
施加载荷
在载荷设置中，为几何体施加各种形式的载荷，如力、力矩、压力等。
求解和结果查看
运行求解器
在完成边界条件和载荷的设置后，点击菜单栏中的“Solve”选项进行求解。
查看结果
在结果查看中，可以查看各种形式的输出结果，如位移、应力、应变等。
04
Autodyn分析案例
案例一：简单梁的静态分析
总结词
简单梁的静态分析是Autodyn中最基础的案例，用于学习如何进行基本的有限元建模和加载。

AUTODYN练习2_2D_破片冲击 (Workbench版)

8.e 注意这里提供了自动定义体接触. 这种方式允许在破片和平板之间定义滑移接触 (使用默认的Trajectory 接触搜索)
破片和平板之间通过一个小间隙(1/2 mm) 隔开 , 所以没有绑定接触自动生成(如果两部分是接触的, 你必须手动删除自动生成的绑定接触–)
第九步 – 设置单元尺寸并划分网格
第四步 – 指定工程单位制
4.a 从下拉单位菜单中选择 MKS 作为工程单位制
4.b 要求Workbench本地变量均是在选择的工程单位制下的值
注:
工程数据是 Workbench内部数据, DesignModeler 和Mechanical目前还不是
(以后会是). 因此, 必须需不断检查数据，使单位制匹配.
DC = 鼠标左键双击 SC = 鼠标左键单击 RMB = 右键选择 D&D = 拖放 = 左键选择、拖动、放置 (例如, 拷贝或移动)
这个练习所提供的步骤并不是唯一的, 你可以自由地通过文档或自己的理解去完成
• 这个练习会尽可能使用RMB 去访问大纲中的项目
• 这些选项经常能够通过 “Context” 工具条进行访问 • 有时这些选项能够通过视图区域的 RMB 进行选择
练习2 2D-破片冲击 (Workbench)
ANSYS AUTODYN
练习的目的和步骤
目的:
对包含多种物质的圆柱型破片冲击平板进行分析
步骤:
启动 AUTODYN 设置问题类型为2D 轴对称
并进行前处理求解查看结果制作动画
第一步 – 启动 Workbench
启动 ANSYS Workbench ，后面的操作步骤中用下面的缩写:
7.d 重复 5.c步四次指定相应材料 1. TANTALUM 指定给 Fragment_Core 2. COPPER 指定给 Fragment_Outer_Cylinder 3. STEEL 1006 指定给 Inner_Plate 4. STEEL 1006指定给 Outer_Plate

AUTODYN练习2_2D_破片冲击 (Workbench版)

A Pera Global Company © PERA China
第一步 – 启动 Workbench
启动 ANSYS Workbench ，后面的操作步骤中用下面的缩写:
DC
= 鼠标左键双击
SC = 鼠标左键单击
RMB = 右键选择 D&D = 拖放 = 左键选择、拖动、放置 (例如, 拷贝或移动)
这个练习所提供的步骤并不是唯一的, 你可以自由地通过文档或自己的理解去完成
• 这个练习会尽可能使用RMB 去访问大纲中的项目
这些选项经常能够通过 “Context” 工具条进行访问
有时这些选项能够通过视图区域的 RMB 进行选择
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第五步– 定义工程数据材料 ...
5.c 选择 “+” 号在
AL 7039 材料模型
的右边，并加它到
材料数据库
5.d 同样地, 选择 “+”
号在Copper, Steel
1006 和Tantalum 材
料的右边. 如果出现
书的图标，说明加载
SC
成功
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第五步 – 定义工程数据材料 ...
5.e 在工程数据部分注明所导入的材料.
SC
5.f 返回到工程页面
5.g 通过选择“Save As”
保存工程并且根据培训教师指导选择目录.
输入“fragment_impact” 作为工程名.
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第二步 – 激活 Beta 选项

ansys autodyn杆冲击实例教程

杆冲击实验1新建文件首先点击File>new，新建如图所示的文件。

其中Folder是文件的保存目录，通过Browse可以更改保存的目录。

点击Folder list可以设置添加和去除常用的保存目录（带加号的是添加常用的目录，减号是去除选中目录）。

文件名为talor，head和description可以不写（有前面没有红色感叹号的可以忽略的）。

对称性采用的是2D模型（Axial表示轴对称，Planar表示的是平面对称）。

Axial实际是将三维的旋转后的图形简化为2D模型。

而Planar是用于解决二维平面应变问题。

对于杆，采用轴对称模型。

2定义材料选中Materials>load选中的材料为STEEL4340（装甲钢）和TANTALUM（钽）选完材料后，可以通过review查看材料的相关参数。

Modify修改相应的参数。

Delete删除所选的材料（只是在本例子中删除加载的材料，不会永久删除库中的材料），通过copy选项可以很方便的将材料的状态方程失效模式等复制进另一材料，比如新建的材料，再通过修改少量与原来不同的参数即可定义新的材料，不过不要乱修改材料的参数，这些库中的材料的参数都是经过试验验证的。

3定义初始条件选中Init.Cond.>new，定义泰勒杆的x方向速度100mm/ms，选中Include Material是指只要是这个材料都是100mm/ms，对于材料相同速度不同时就不行。

同时，轴向没有旋转速度，若有可以在Radial velocity设置旋转速度。

同样，设定后可以通过modify进行修改。

4设置边界条件点击Boundaries>new,可以定义靶板最右边的x方向的速度为0（即右端固定），可以通过modify修改。

5模型及网格点击part，输入部件的名字，采用lagrange算法，点击next，进入模型建立坐标系。

建立一个taylor杆的part泰勒杆长100，宽10（采用对称所以dy=5）这是网格划分，表示I方向化5格，对泰勒杆的填充钽材料（勾选Fill with initial J方向100格。

LS-DYNA和AUTODYN算例集

LS-DYNA和AUTODYN算例集
QQ329867314
1、两层板爆炸焊接
• LS-DYNA
• LS-DYNA
2、三层板爆炸焊接
• LS-DYNA
• LS-DYNA
3、盛水容器中炸药爆炸
• LS-DYNA
4、水下爆炸气泡脉动
• LS-DYNA
5、水下爆炸推动薄板
• LS-DYNA
6、弹体侵彻自然岩层
14、平板入水
• LS-DYNA
15、平板倾斜入水
• LS-DYNA
16、弹体出水
• LS-DYNA
17、斜入水
• LS-DYNA
18、小球入网
• LS-DYNA
19、深孔爆破
• LS-DYNA
20、洞室爆破
• LS-DYNA
21、爆炸成型弹丸高速入水
• LS-DYNA
22、聚能装药EFP形成和侵彻钢板
• LS-DYNA
29、1kg TNT无限空气中爆炸冲击波计算（一维模型）
• LS-DYNA
30、1kg TNT密闭容器中爆炸冲击波计算（续上，一维到二维映射）
• LS-DYNA
31、 1kg TNT无限水中爆炸冲击波计算（一维模型）
32、土中爆炸
• LS-DYNA
33、破片战斗部
• LS-DYNA
34、小球低速抛撒
• LS-DYNA
35 硬物撞击汽车玻璃
• LS-DYNA
36含铝炸药水下冲击起爆-反应度计算 • LS-DYNA
37 混凝土块中填实爆炸
• AUTODYN
38 混凝土板上带壳炸药爆炸
• AUTODYN
• LS-DYNA

CAE-AUTODYN仿真软件解决方案

ANSYSAUTODYN仿真软件解决方案目录ANSYSAUTODYN解决方案 (2)1产品功能 (2)1.1功能特色 (2)1.2功能描述 (2)2功能应用 (4)2.1破片式战斗部 (4)2.2聚能装药战斗部 (5)2.3穿甲/半穿甲战斗部 (7)2.4子母战斗部 (9)ANSYSAUTODYN解决方案1产品功能1.1功能特色AUTODYN是一个显式有限元分析程序，用来解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题。

它提供很多高级功能，具有深厚的军工背景，在国际军工行业占据80%以上的市场。

AUTODYN从一开始就致力于用集成的方式自然而有效的解决流体和结构的非线性行为，这种方法的核心在于把复杂的材料模型与流体结构程序的无缝结合方式。

其主要特点如下：主要特色：＞显式有限元（FE）,用于计算结构动力学＞有限体积运算器，用于快速瞬态计算流体动力学（CFD）＞无网格/粒子方法，用于大变形和碎裂（SPH）＞多求解器耦合（如CFD与FE求解器的直接耦合），用于多种物理现象耦合情况下的直接求解＞具有网格重置和侵蚀技术的Lagrange、ALE、EUler及SPH算法＞高精度的EUlerFCT以及GodUnoV算法，单、多物质功能＞Lagrange和Euler的耦合算法＞先进稳定的自动动态接触算法＞数值的映射ID—2D—3D＞丰富材料模型，同时包括本构响应和热力学＞大量各向同性、各向异性材料模型、状态方程以及内置材料数据库，包括金属、陶瓷、玻璃、水泥、岩土、炸药、水、空气以及其它的固体、流体和气体的材料模型和数据＞适合结构动力学、快速流体流动、材料模型、冲击、以及爆炸和冲击波响应分析1.2功能描述AUTODYN能够运用于各种弹的设计分析过程、结构尺寸的分析和终点效应的模拟分析，涉及到材料模型、分析技术、接触等，其具体功能描述如下：＞材料模型/强度模型b弹性、粘塑性、应变硬化模型、应变率硬化模型、热软化模型b多孔压缩模型、混凝±∕±壤（DrUCker-Prager,RHT）、分层壳体〜陶瓷/玻璃（Johnson-Holmquist第三不变量相关模型〜正交各相异型屈服、正交各向异性实体、正交各向异性壳体/状态方程〜线性方程、理想气体、MieGruneisun^解析多相、列表多相〜二相液体一气体、炸药、列表多孔介质、P-alpha/失效模型卡最大应力/应变、有效应力/应变、剪切损伤、正交各向异性损伤0JohnsonHolmquist、JohnsonCook＞正交各向异性应力/应变0Tsai-Wu z Tasi-HiIk裂纹软化、随机性的......../所有的模型可在每一种求解器中使用，所有的模型都可以带侵蚀使用/五种侵蚀准则、用户自定义的侵蚀准则＞分析技术/显式、瞬态动力学、条件稳定性、亚弹性、非线性、可压缩流体、/动力松弛用于准静态分析、自动接触、自动流体一结构耦合›求解器的耦合/欧拉一拉格朗日耦合b快速自动求解、跨越任意网格的接口、和薄结构的耦合b浸水薄壁结构、多孔结构/结构单元间的接合、结构单元和SPH单元的接合/子循环、结构和非结构FE网格的结合›对称和网格重新映射/ID直角和球坐标系、2D直角和柱坐标系、3D直角坐标系、3D反射坐标系/网格重分：在求解器内、在求解器间、ID到2D到3D、分区›结构求解器/非结构网格、多块结构网格、结构和非结构网格的结合/2D和3D实体单元：轴向和平面实体、六面体（砖）、五面体（楔形）、四面体（四）、ALE（自适应网格重分）/2D和3D面单元：轴向和平面壳单元、四边形单元、三角形单元、层板壳单元、膜单元/梁单元、弹簧单元、阻尼单元、快速大变形单元、精确的极度变形单元、耦合热传导的单元、单元的侵蚀（死亡）、刚性体＞流体求解器/欧拉求解器、拉格朗日求解器、ALE求解器、2D和3D有限体积,快速精确EUler-FCT求解器、多物质精确EUler-Godunov求解器/材料粘性/强度、自由表面、多块结构＞接触/完全自动接触、自接触、节点对面的接触、边对边接触/可变形结构对可变形结构的接触、可变形结构对刚性结构的接触/SPH对可变形结构和刚性结构的接触、侵蚀接触、摩擦＞爆轰模型/自动爆轰逻辑、多点爆轰、2D&3D＞非线性,大应变、大旋转、弹塑性、粘塑性、碎裂、激波捕获、相变＞边界条件和载荷/初始条件、平移速度、角速度、重力、任意随时间可变载荷/能量吸收、压力、点载荷、边界载荷、波传播/流体/物质流动入口、流体/物质流动出口/刚性墙、固定、钉扎、平移速度约束、旋转速度约束、角速度约束、用户指定的载荷＞热/形变加热、热膨胀、热软化、多相转换和多物态、热传导2功能应用AUToDYN软件自1986年首推以来，在二十多年时间里得到持续发展，功能日趋完善，应用更为方便，是国际弹药与爆炸力学等领域研究爆炸、冲击等问题最著名的数值模拟软件，广泛应用于国防工业、科研实验室及教育部门，因其主要功能具有明显的军工应用背景，占据国际军工行业80%以上的市场。

破片冲击 (Workbench版)

练习的目的和步骤
目的:
对包含多种物质的圆柱型破片冲击平板进行分析
Training Manual
步骤:
启动 AUTODYN 设置问题类型为2D 轴对称并进行前处理求解
查看结果
制作动画
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
WS 1-2
February 27, 2009 Inventory #002665
Workshop 2. Fragment Impact (Workbench)
第一步 – 启动 Workbench
Training Manual
启动 ANSYS Workbench ，后面的操作步骤中用下面的缩写 :
练习2
破片冲击 (Workbench)
ANSYS AUTODYN
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
WS 2-1
February 27, 2009 Inventory #002665
Workshop 1. 2D Fragment Impact
Training Manual
5.a 编辑 Engineering Data 部分，选择预先定义好的材料模型从一个预先定义好的材料库当中 5.b 选择显式材料库. 这个材料库中的材料已经定义好了显式分析所需的物理特性值
SC
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
Training Manual
2. 打开Beta 选项通过Tools > Options > Appearance (在 V12.0中2D 显式动力学是一个 Beta选项)

AUTODYN练习1_2D_破片冲击

WS 1-3
February 27, 2009 Inventory #002665
Workshop 1. 2D Fragment Impact
第二步 - 初始化新的工程
2.a 打开新的工程 2.b 选择工作目录
Training Manual
2.c 输入名称 “fragment_impact” 和标题
SC
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
WS 1-10
February 27, 2009 Inventory #002665
Workshop 1. 2D Fragment Impact
第九步 – 查看破片模型
第十六步 – 破片和平板间定义接触
Training Manual
16.a 在导航条上选择 Interaction 16.b 对于结构化Parts选择External Gap 16.c Calculate 间隙尺寸 (AUTODYN 自动计算出间隙尺寸并显示出来) 16.d Check the Gap size is valid and that all Parts are initially separated by the Gap size (say yes to all the prompts) An error message tells you that the Fragment and Plate are not separated by the Gap size (they are touching)
12.f 单击next
WS 1-14
February 27, 2009 Inventory #002665

Autodyn数值计算

Autodyn 数值计算问题：假设一个具有20kg ，TNT50/RDX50装药的圆柱形爆破战斗部，在空中200米处爆炸，求离战斗部上方三米处的空气冲击波参数。

已知：战斗部直径为200mm ，忽略壳体壁厚，TNT50/RDX50的爆热为4814.8KJ/KG要求：采用理论与数值模拟相结合的方法进行计算和分析，并对比两者之间的误差和产生误差的原因，各小组撰写分析报告。

理论计算如下，根据已知条件，采用经验公式分析：把混合装药转化为单一TNT 当量：Vi VTNTQ Q ωω=(1)长圆柱体战斗部公式：2422e R R RL Lπωωωπ== (2)当量高度公式：ohr e p p ωω=(3) 相对距离公式：R =(4)考虑为长圆柱体战斗部，故L=R=200mm 将 4814.8,4186V T N T VQ K J Q K J ==. 20i kg ω= 代入由于海拔每升高12米，大气压强降低130pa 2000米处的压强比海平面处减少2216.7pa求得R =0.342由于R <1,所以冲击波强度P ∆采用以下公式：23414.0717 5.53970.35720.00625()P R R R R∆=+-+ (5) 解得：P ∆=67.610⨯MPa冲击波时间：1521.3510)-=⨯ (6) 解得6.92t +=ms比冲：I = (7)解得：3I=⨯6.60210以上是理论计算下面是数值仿真计算：利用autodyn建立仿真模型，建模过程略下面，是模型图0时刻的模型图：如图所示，此时刻为爆炸奇点时刻还未出现冲击波0.2ms时刻：已经出现冲击波，而且波阵面已经传播相当距离。

1ms时刻，如图在冲击波两侧出现了较厚的能量层，这是因为波阵面以超音速向前传播，波阵面前面的空气受到压缩，产生能量。

而波阵面后面产生了稀疏波，向反方向压缩。

1.6ms时刻：冲击波传播方向前面的空气因为相邻空气层的扰动，而产生能量，因此能量层加厚了。

内置式预制破片设计

内置式预制破片设计作者：王维保李盘周旭阳梁修来来源：《计算机辅助工程》2010年第01期摘要:为实现弹丸威力与加工成本的合理匹配,用ANSYS的AutoDyn模块,采用数值仿真方法计算内置式预制破片的初始速度、飞散偏转角、衰减因数和存速能力等以及工艺方面的初始参数,优选出合理的破片大小和形状. 试验表明优选得到的方案是可行的.关键词:预制破片; 弹丸威力; 破片初速; 存速能力中图分类号:TJ410.3; TB115文献标志码Design on embedded preformed fragments(1.Anhui Shenjian Sci. & Tech. Co., Ltd., Hefei 230022, China;2.Hefei Military Representative Office of the General Armaments Dept., Hefei 230041, China)Abstract: To satisfy the rational match of projectile power and processing cost, AutoDyn model of ANSYS and numerical simulation method are used to calculate the parameters of embedded preformed fragments, such as initial velocity, scattering deflection angle, attenuation factor, velocity keeping ability and so on and some initial parameters of manufacturing process. The experiment indicates that the selected solution is feasible.Key words: preformed fragment; firepower; initial velocity of fragment; velocity keeping ability收稿日期:2009-09-09 修回日期:2009-10-21作者简介: 王维保(1971—),男,安徽和县人,工程师,研究方向为弹丸设计,(E-mail)wweibao@0 引言预制破片的设计思路是为设计者提供战斗部破片准确形状和大小的最好方法,可以非常好地控制破片,使战斗部爆炸时碎裂程度最小.预制破片战斗部分为外置式和内置式:前者用黏结剂将破片固结在内衬外表面上,起爆时预制破片初速比非预制破片战斗部初速约低10%[1-3];后者将预制成型的钨破片和钢破片置于弹体内腔,不需要内衬,起爆时不会卸压,与非预制破片战斗部的破片相比,预制破片初速不会降低,内置式结构见图1.图 1 内置式预制破片战斗部结构1 内置式预制破片战斗部设计1.1 破片设计1.1.1 预制钨破片设计钨合金密度大,在飞行过程中速度衰减慢、存速能力强,所以优选钨合金作为穿甲预制破片的材料.在预制破片的设计中,共设计3种方案的预制破片,其径向剖面见图2.(a)扇型钨块(b)钨珠环(c)刻槽钨环图 2 预制破片径向剖面设计人员利用ANSYS的AutoDyn模块对确定的3种方案进行模拟仿真以确定其初速及存速.仿真时预制钨环采用Lagrange单元,聚能炸药和空气采用Euler单元,2种单元之间的相互作用通过流固耦合方法实现,最终完整模拟预置钨环爆炸及分散的全部过程.为提高仿真计算效率,采用1/4对称模型.表1为各部件状态方程及材料模型,表2为3种方案仿真结果及工艺性对比情况.表 1 各部件的状态方程及材料模型部件名称材料状态方程强度模型失效模型预置钨环钨GruneisenJohnson-聚能炸药TNTJWLHydro空气airIdeal-表 2 3种方案仿真结果及工艺性对比方案质量初速-处存速-工艺性成本扇形钨块5.051033945复杂高钨珠环4.23 950862复杂高刻槽钨环5.051012940简单低从表2可以看出,采用刻槽钨环可最大限度利用弹体空间、提高单枚破片质量,且装填工艺简单,因此确定采用内置式刻槽钨环技术方案.2.1.2 预制钢破片设计为提高有效杀伤破片数,设计在壳体内内置小钨珠预制环和预制钢破片的技术方案.为了降低成本,在威力指标达到的情况下,采用考虑半预制钢环和预制钢珠环2种设计的预制钢破片技术方案,见图3.(a)刻螺旋槽半预制钢环 (b)刻直槽半预制钢环(c)预制钢珠环图 3 半预制钢环和预制钢珠环这2种设计可通过破碎性试验选取;半预制钢环材料采用与弹体材料刚度匹配的50SiMnVB,设计刻直槽和刻螺旋槽2种.通过基础试验发现,在一定装填比条件下刻螺旋槽成菱形破片的半预制钢环,爆炸后破片形状较好、穿透率高,故选择刻螺旋槽的设计方案.1.2 威力分析1.2.1 破片总数弹丸爆炸后形成自然破片、预制钨破片和预制钢破片.破片总数式中为自然破片数为预制钨合金破片数为预制钢破片数.其中1 g以上自然破片数可根据经验公式-估算.破片总数的计算结果见表表 3 内置式预制破片战斗部破片数枚破片初速及飞散角在预制破片速度工程中,一般采用对预制破片结构修正的Gurney公式估算式中为炸药和弹体质量比.破片的飞散角一般采用Shapiro公式计算-实验表明,采用以上工程计算公式计算误差较大,特别是破片飞散角计算误差较大,故采用数值仿真方法计算破片的初始参数.仿真计算采用ANSYS的AutoDyn 2D模块,在HP工作站上进行.预制破片战斗部的头螺和尾锥体材料为硬铝,壳体和钢环材料为高破片率钢,预制穿甲破片材料为钨,炸药为弹体在爆炸不同时刻壳体膨胀及飞散过程见图破片飞散方向的速度矢量图见图5,钨破片的初速分布见图6,破片速度沿轴向的分布见图7,破片飞散角沿轴向的分布见图8,破片初始参数仿真计算结果见表图 4 壳体膨胀及飞散过程图 5 破片飞散方向的速度矢量图图 6 钨破片的初速分布图 7 破片速度沿轴向的分布图 8 破片飞散角沿轴向的分布表4 破片初始参数仿真计算结果钨破片平均初速-自然破片平均初速-预制钨破片飞散角/(°)全弹破片飞散角/(°)1 0121 1003.5(91～94.5)6.9(91～97.9)1.2.3 破片存速由公式-和计算可得破片在不同飞行距离的存速.式中为破片的形状因数为破片阻力因数为飞行距离为空气密度为破片质量为破片平均迎风面积.不同距离处钨破片的存速见表表5 不同距离处钨破片的存速破片质量/g衰减因数初速-处存速-处存速-处存速-预制破片贯穿钢板的三维数值仿真用AutoDyn仿真计算钨破片贯穿10 mm装甲钢板的过程.破片的着靶速度取破片在6 m处的存速-6]破片贯穿装甲钢板不同时刻靶板破坏过程的三维图像见图9,破片贯穿钢板过程速度衰减曲线见图10.从图9可以看出,破片贯穿钢板的前期,钢板为塑性穿孔破坏,后期为冲塞剪切破坏.破片在贯穿过程中产生较大的塑性变形及质量侵蚀.图10表明破片贯穿钢板后仍然具有190 m/s的剩余速度,因此所设计的预制破片具有在6 m处贯穿10 mm装甲钢板的能力,并具有二次毁伤能力.(a)5 μs(b)25 μs(c)40 μs(d)60 μs图 9 破片贯穿装甲钢板的过程图 10 破片贯穿钢板过程速度衰减曲线威力验证试验1.3.1 有效破片密集杀伤半径主要采用有效破片密集杀伤半径分析人员目标的毁伤效能.扇形靶试验采用有效破片密集杀伤半径衡量弹丸的杀伤威力,并求出各扇形靶上的有效杀伤破片数.利用扇形靶试验数据按动能杀伤准则计算得到的内置式预制破片战斗部N-R图见图11.图 11 内置式预制破片战斗部N-R图结果表明内置式预制破片战斗部有效破片密集杀伤半径为33 m.满足战斗部的有效破片密集杀伤半径27 m的设计要求.1.3.2 穿甲面密度主要采用穿甲面密度衡量装甲目标的毁伤效能.静爆试验是获得穿甲面密度的主要手段,而面密度通过统计各靶板的穿孔数除以钢板有效穿孔区域面积获得.静爆试验后统计各靶板的穿孔数并计算出最终穿孔面密度为2.88 枚结果表明内置式预制破片战斗部的穿孔面密度满足1.8 枚设计要求.。

第三讲 AUTODYN 基础理论

默认的单位制对所有的问题都适用

Workbench数据传到AUTODYN时，单位制会自动转变为AUTODYN 的单位制
求解控制

上限约束标准

需指定循环极限和时间极限如果能量错误超过能量分数(默认5%)AUTODYN 将停止计算并给出警告信息
一般默认的就 OK 如果初始时间步为0, 它的默认值为稳定时间步的一半如果最小时间步为0, 他的默认值为初始时间步的 1/10th 对大多数 Lagrange计算，稳定因子最大可以设置为0.9

点线面

体

插值

拉伸
输入3D 结构化

ANSYS, ICEM-CFD 强大的3D 六面体网格生成全面的 CAD接口

CATIA, Pro/Engineer, SDRC I-DEAS, SolidWorks, Unigraphics, ….

ICEM-CFD结构化 (映射) 网格输入接口
(Part Wizard)
Apply
Define
用材料和初始条件填充parts

Wizard 中每一个part用一种材料填充 Wizard 完成以后可以进行附加的填充

每一个附加填充可以替换前一个填充的材料和初始条件

如果中心在填充区域的内部Lagrange 单元可以被填充 (没有多物质填充功能)
结构化Parts - 指标空间

AUTODYN中每一个结构化Part 都会定义一个指标空间， 2D(i,j) 或者 in 3D(i,j,k), 这里 i, j 和 k 是从1 到 Ni, Nj, Nk 的整数

AUTODYN在舰船抗爆炸冲击设计中的应---童宗鹏

AUTODYN在舰船抗爆炸冲击设计中的应用童宗鹏谌勇上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室摘要：本文采用国际上著名的军工行业软件AUTODYN，对舰船抗爆炸冲击特性进行了研究。

实例计算和分析表明，利用AUTODYN软件能方便地模拟舰船抗爆炸冲击分析，计算结果接近经验公式和试验数据，具有工程实际应用意义。

关键词：舰船水下爆炸接触爆炸 AUTODYN1引言舰船在战时执行任务过程中不可避免的会受到来自敌方空中和水中武器的袭击而造成破坏，分为接触爆炸和非接触爆炸。

接触爆炸是指鱼雷、导弹、炮弹等武器直接命中船体，接触爆炸造成船体结构以及设备高强度的局部破坏，严重时使船体进水、甚至沉没；非接触爆炸是指沉底水雷、深水炸弹等武器在离船数米至上百米的位置爆炸，这种爆炸通常不会使船体产生严重的破损而导致沉没，但是巨大的冲击作用遍及整船，导致舰船设备广泛的冲击破坏及舰船总体结构的破损，使船只失去战斗力。

在马岛战争中英国的一艘巡洋舰被一枚飞鱼导弹击中后沉没，而美国在海湾战争中有四艘军舰分别被反舰导弹、鱼雷和水雷击中，却没有造成致命的伤害，显示出了较强的抗爆炸冲击能力。

因此，舰船在遭受爆炸冲击作用下的易损性评估显得非常重要。

我国较早就开展了舰船抗爆炸冲击设计的研究，80年代初就进行了“汾河”号登陆舰和028G扫雷舰的实船水下爆炸试验，取得了一些宝贵的数据资料[1]。

但是实船试验费用较高，而且具有一定的局限性。

随着近年来计算机技术和数值求解技术的发展，国际上出现了一大批专家和学者利用仿真软件来模拟和评估舰船的易损性，并且达到了很高的水平。

这些软件有ANSYS公司的ANSYS/LS-DYNA、AUTODYN、MSC公司的DYTRAN和ABAQUS公司的ABAQUS/Explicit模块[2-6]。

笔者和ANSYS公司工程师合作，采用非线性显式动力学软件AUTODYN，对舰船抗爆炸冲击设计中的冲击环境预报、冲击波的压力特性、气泡的脉动过程、舰船结构近场和远场的非接触水下爆炸和接触爆炸等问题进行了分析。

Workbench AutoDYN系列教程 4

Us=c0+ sup
2015-3-10
状态方程
• 一些带气孔的材料，在变形过程中由于气孔破裂，导致不可逆转的体积变形，比如：
– 粉末(用来加工成型用的金属粉末) – 混凝土 – 土壤
• 这些材料要求状态方程：既允许不可逆转的气孔破裂，也要能计算初始的弹性体积变形和最后的材料状态。 • 在AUTODYN 中，使用三种状态方程来描述：
最终的压力云图
最终的压力截面图 2015-3-10
映射
第二步
•
• • • •
空气中爆炸和传播；
用1D网格进行初始分析；将1D映射到2D模型；改变炸药的状态；继续计算，直到爆轰波到达建筑物；
•
映射2D模型到3D模型中。
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映射
第三步
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映射
城市街区爆炸中的应用
映射
第四步第二步第三步
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映射
压力等截面图
第二步第四步
第三步
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映射
压力等截面图
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映射
压力等截面图
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映射
压力等截面图
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映射练习
爆炸 / 映射 / Euler-FCT(3D)
• 1、计算 2D 楔形爆炸模型； • 2、导入3D Euler-FCT模型中计算。
• 自动转成理想气体状态方程。
2015-3-10
状态方程
压缩爆炸
• 压缩爆炸主要用于下列两种情况：
– 如果 PBK 为零，那么当压缩比μ 超过 C-J 压缩指定的值，单元就开始爆炸； – 如果 PBK 是非零的话，爆炸以前压强为：

榴弹破片对坦克火炮身管毁伤效应的数值仿真

榴弹破片对坦克火炮身管毁伤效应的数值仿真郭尚生;李帆;吴晓颖;李响【摘要】The damage effect of grenade fragment on gun tube was studied experimentally and the-oretically.Through the static-explosive experiment,the damage mode and the penetration depth were obtained.On this basis,the process of grenade fragment damaging the gun tube was simulated by using AUTODYN software.A dynamic penetration model of four fragments and 1/4 finite element model of barrel were established.The simulation results are consistent with test results,and the model is effective.The laws of the fragment size,shape and velocity affecting pipe penetration depth were studied further.The research results offer important reference for evaluating the effect of the grenade fragmet damaging the gun tube.%针对榴弹破片对火炮身管的毁伤效应进行了理论与试验研究，通过静爆试验得到了破片对身管的毁伤模式和侵深，在此基础上，利用AUTODYN软件模拟了榴弹破片对火炮身管的毁伤过程，建立了身管的1/4有限元模型和4种破片的动态侵彻模型。

聚能装药垂直侵彻靶后破片运动规律

聚能装药垂直侵彻靶后破片运动规律刘波;姚志敏;李金明;张俊坤【摘要】靶后破片对装甲目标内部环境构成巨大威胁,常规试验往往难以准确获取其运动飞行规律.文中在X光试验基础上,结合有限元数值仿真对典型射流垂直侵彻钢靶产生的初始靶后破片云进行了研究,分析了破片云特性及形成机理,在此基础上提出了靶后破片“虚拟原点”概念,并建立了初始靶后破片云数学描述模型,进而求解得到破片飞散角度与速度的关系,与仿真所得结果吻合较好,为靶后破片空间威力场建立奠定了基础.【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2015(035)003【总页数】5页(P71-74,78)【关键词】聚能装药;靶后破片;数值仿真【作者】刘波;姚志敏;李金明;张俊坤【作者单位】解放军军械工程学院,石家庄050003;解放军军械工程学院,石家庄050003;解放军军械工程学院,石家庄050003;解放军军械工程学院,石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TJ410.3靶后破片是聚能射流及动能穿甲弹毁伤装甲内部目标的主要媒介,对靶后破片特征分布的正确建模是研究装甲目标防护能力和弹药杀伤效能的重要内容[1]。

国外对靶后破片的研究开始于20世纪90年代,先后积累了大量试验数据,取得了一定成果。

Verolme,Szymczak[2]等人详细介绍了X光照相及金属后效靶在靶后破片分析中的应用,为靶后破片的试验研究奠定了基础;W.Arnold,Paul[3-5]等针对射流侵彻靶后破片的分布情况开展了大量试验研究,分析了影响破片数量、质量及飞散角的主要因素,提出在装甲内表面安装一定厚度非金属内衬来降低射流侵彻靶后效应的方法;A.Karpenko[6-7]等人在常规后效靶收集靶后破片的基础上进行了改进,使靶后破片的统计工作更加经济准确。

以上研究多侧重于定性分析靶后破片的基本特征规律,并未从数学的角度对破片的空间分布及飞散特性作定量描述,因此很难对装甲目标的易损性评估工作提供有力依据。