基于LS-DYNA的掘进武器前级聚能侵彻分析
基于LS-DYNA的土壤侵彻过程研究
I l 厂]
l } I l
一 * 毒E3芒 E ∞ 口 ∞ } d * 石言
3 2 2 , 0 0 0 O
一 、 ‘ b 一 [ o 爵缸l 县 釜
0 O
口
¨
∞
*
∞
L—
图 1弹体模型( mm) 图 2靶体材料压力和体积应 变曲线 表 2靶体材料模型 表 1弹体材料模型 o i l _ A n d _ F o a m参数( g—c 一 ) J o h n s o n — C o o k参数 ( g— c m 一 s ) S
TM 1 7930
D4 0 Fai1 Stre s s —9
TR 29 3
D 5 0
假设 弹体垂 直侵彻 无 限大 目标靶 板 , 考 虑到结构的对称性 , 将弹体和靶板都取 1 / 4 建 模, 采用 3 D S o l i d 1 6 4单 元 , 靶板边界条件设 为非反射边界1 2 1 3 ] , 建模 时弹头 分别选取 平头 、 锥头 和圆头 , 三个模 型 的长度 、 径 均相 同 , 如 图1 所示 。 模拟仿 真时采用拉格 朗 日算法 , 接 触类型采用 S u r f a s e t o S u f和 E r r o d i n g ( E S T S ) , 即侵彻接触。 弹体 材 料 选取 4 3 4 0钢 , 采 用 J o h n — s o n — C o o k 模 型及 G r u n e s i e n状态方程 , 靶体采 用S o i l _ A n d — F o a m模 型H , 材 料参数 详见 表 1 和表 2 , 采用 g—c m一 单位 制 。本 构关 系
1 概 述
ANSYSLS-DYNA二次开发及其在侵彻模拟中的应用
ANSYS/LS-DYNA二次开发及其在侵彻模拟中的应用[范斌1,2马壮1,2范群波1,2,*金福生1祝威1][1.北京理工大学,100081 2.冲击环境材料技术国家级重点实验室,100081]*通讯作者Email:fanqunbo@[ 摘要] 针对利用商用软件ANSYS/LS-DYNA建立弹靶有限元模型及K文件修改的复杂性,运用编程语言C#进行了ANSYS/LS-DYNA的二次开发,建立了装甲防护领域的专业软件——装甲防护效能仿真评估平台。
该软件通过定制专用前后处理界面,实现了参数化的前处理过程,K文件自动提交计算过程,以及高效的后处理过程。
该软件针对无较多有限元分析经验的普通研究人员使用,可高效完成弹靶侵彻过程的模拟及装甲的抗弹性能的定量评估,避免了大量的重复性工作,提高了分析效率。
[ 关键词]二次开发;数值模拟;抗弹性能;侵彻Secondary Development of ANSYS/LS-DYNAand Application in Numerical Simulation of Penetration [FAN Bin1,2, MA Zhuang1,2, FAN Qun-bo1,2,*, JIN Fu-sheng1, ZHU Wei1 ][1.Beijing Institute of Technology, 100081 2.National Key Laboratory of Science andTechnology on Materials under Shock and Impact,100081][ Abstract ] Armor ballistic performance simulation evaluating platform, a professional software in armor ballistic performancing area, has been developed to deal with the complexity in building the finite element model and modifying the keyword file when using the commercial software ANSYS/LS-DYNA. Parametric pre-processing, keyword file automatically submitting, as well as efficient post-processing are achieved by designing special pre-processing and post-processing user interface. To those ordinary researchers lacking FE analysis experience, this software can efficiently simulate the penetrating process and quantificationally evaluate the ballistic performance,thus avoiding the vast repeatability and improving the analyzing efficiency.[ Keyword ] secondary development; numerical simulation; ballistic performance; penetration1 前言侵彻是指高速运动的弹体侵入甚至穿透目标靶板的过程,它是一种普遍存在的物理力学现象,研究弹体与靶板的相互作用过程,具有重要的民用价值和军事应用背景。
LS-DYNA软件简介及相应分析实例分析
LS-DYNA的学习难点
接触问题。 与ANSYS等静力分析软件采接触单元定义接触不同,LSDYNA处理接触问题的方式是定义接触面,它不需要额外 的接触单元,只需要将分析中可能接触的两个面定义一个 接触属性即可。具体体现在k文件中的关键字*contact。该 关键字包含了大量的参数,在简单问题中,采用默认的参 数即可,但是很多情况下,需要人工控制。这就需要对 LS-DYNA关于接触的理论部分有一个较为清晰的理解。 这应该是处理碰撞问题时可能会遇到的最大难点!
简言之,与LS-DYNA相关的软件主要是前处理器ANSYS、 LS-DYNA求解器、Ultraedit文本编辑器、后处理器LSPREPOST,以上软件都是独立的,都有其各自的操作界 面。另外,还可以采用FEMB、HyperMesh、 MSC.PATRAN等软件作为LS-DYNA的前后处理器
利用LS-DYNA进行结构分析的主要 步骤
仿真论坛——
目前本人所作的一些相关分析工作
东风卡车撞击防撞柱分析 重型卡车撞击桥墩分析 等效钢架
东风卡车撞击防撞柱分析
模型轮廓图
东风卡车撞击防撞柱分析
汽车底盘图
重型卡车撞击桥墩分析
卡车撞击桥墩事故
重型卡车撞击桥墩分析
模型轮廓图
重型卡车撞击桥墩分析
桥墩损伤变形图
LS-DYNA与ANSYS等软件的关系
这里主要是给那些还不怎么了解这个软件的同学理清几个 概念,即通常所说的ANSYS与LS-DYNA究竟具有什么样 的关系?利用LS-DYNA进行分析的过程中还会用到什么 软件?
其实通常情况下,我们所说的LS-DYNA程序是指其核心 计算程序,例如最新的版本LS971 R5.0.exe。而当 ANSYS与LS-DYNA一起被提及时,这里的ANSYS一般是 指其前处理器。换句话说,我们进行动力分析时,首先通 过ANSYS的前处理器进行有限元网格划分等工作,然后 再调用LS971 R5.0.exe进行计算。
基于LS—DYNA的玻璃钢复合板抗侵彻能力分析
基于ANSYS-LS-DYNA弹丸侵彻泥土三维数值模拟有限元分析
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 基于ANSYS/LS-DYNA弹丸侵彻泥土三维数值模拟有限元分析摘要本文用SolidWorks 软件和Ansys/LS-DYNA软件对钻地弹侵彻土壤的过程进行三维数值模拟和有限元分析。
具体包括:不同头部形状的弹丸垂直侵彻土壤的运动特性分析;弹丸(以头部形状为60°锥角的弹丸为例)斜侵彻土壤与垂直侵彻土壤运动规律等的比较;压力波传播的分析。
本从钻地弹在当今世界所占的地位开始论述,说明了研究钻地弹的重要性;进而介绍有限元方法的基本原理和求解步骤及本文论述相关的算法和理论基础,主要包括:流固耦合、单点高斯积分、显式积分算法的时间步控制以及弹丸侵彻理论等;最后进行具体的三维数值模拟和有限元分析。
本文对钻地弹的进一步研究可提供参考。
12532关键词ANSYS/LS-DYNA三维数值模拟有限元侵彻土壤压力波1 / 19毕业设计说明书(论文)外文摘要TitleFinite Element Analysis and 3D Numerical SimulationFor the Earth Penetrating Shell PenetratingSoil Target Based on ANSYS/LS-DYNAAbstractIn this paper, three-dimensional numerical simulation and finite element analysis for the earth penetrating shell penetrating soil target are done by using Solidworks software and Ansys/LS-DYNA software .Including : The movement characteristics of Several types of the earth penetrating shells penetrating verticallysoil target ; comparison of the earth penetrating shell (nose shape ,60 °cone angle)penetrating soil target by different incidence angles ;analysis of pressure-wave emission .This article starts from the important status of the earth penetrating shell shared in today's world,which---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------shows that the importance of the research of the earth penetrating shell;and then , the basic principle and solving steps of the FEM methods are introduced as well as the calculating way and theory of this paper, mainly including : Fluid-structure Interaction、Single-point Gaussian integral、Hourglass pattern 、Hourglass control and penetration theory as well and so on. Finally, the specific three-dimensional numerical simulation and finite element analysis are in progress based on the basic principles and theoretical basis. The article can providereferences for further research of the earth penetrating shell.4.1.2 建立三维模型144.1.3 建立有限元网格模型154.2 生成K文件164.2.2 边界条件和初始速度203 / 194.2.3 流固耦合设臵214.2.4 求解设臵234.3 本章小结235钻地弹侵彻土壤分析245.1 不同头部形状的钻地弹垂直侵彻土壤时运动特性分析245.1.1 锥角的钻地弹垂直侵彻土壤时运动特性分析245.1.2 不同头部形状的钻地弹垂直侵彻土壤时运动特性的比较255.1.3 数值模拟结果与GRDPEN方法所得结果的比较295.2 钻地弹斜侵彻土壤时运动规律和运动特性分析---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 295.2.1斜侵彻土壤时运动规律和运动特性分析29 5.2.2 弹丸垂直侵彻与斜侵彻的比较325.3 压力波的传播33结论40致谢42参考文献431绪论1.1 选题的目的和意义钻地弹,是一种携带有钻地弹头(又称为侵彻战斗部)5 / 19专门用于攻击机场跑道、地面加固目标尤其是地下设施的特种弹药[3],是对重要目标实施“外科手术”的主要武器[4]。
LS-DYNA实例分析报告
LS-DYNA实例分析报告合普科技2010年07月目录(一)LS-DYNA基本介绍03 (二)某电动玩具的跌落分析06 (三)汽车保险杠的碰撞分析17 (四)总结22(一)LS-DYNA的基本介绍LS-DYNA是一个以显式求解为主、兼有隐式求解功能,以Lagrange算法为主、兼有ALE和Euler算法,以结构分析为主、兼有热分析和流体-结构耦合功能,以非线性动力分析为主、兼有静力分析功能,军用和民用相结合的通用非线性结构动力分析有限元程序,主要用于求解各种非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等结构非线性问题。
DYNA程序系列最初是1976年在美国Lawrence Livermore National Lab.由J.O.Hallquist主持开发完成的,主要目的是为武器设计提供分析工具,后经1979、1981、1982、1986、1987、1988年版的功能扩充和改进,成为国际著名的非线性动力分析软件,在武器结构设计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。
1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司,自此开始DYNA程序的商业化开发,LSTC陆续将DYNA的显式、隐式、热分析等系列程序组合在一起,形成一个整体的LS-DYNA软件包,并逐步增加汽车安全性分析、薄板冲压成型过程模拟、流体与固体耦合(ALE和欧拉算法)等功能,使LS-DYNA程序系统在国防和民用领域的应用范围不断扩大,并建立了完备的质量保证体系。
因此LS-DYNA一经推出,即在显式有限元分析领域引起轰动效应,大大拓展了LS-DYNA的用户领域,在中国地区,LS-DYNA的用户数在短短的几年时间内即超过了200家,远远领先于其它显式分析程序。
LS-DYNA程序的主要强项在于:历史悠久、应用广泛。
该软件是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA程序开发的最初目的是为北约组织的武器结构设计、防护结构设计服务,是该组织的Public Domain程序,后来商业化后广泛传播到世界各地的研究机构。
基于LS-DYNA的金属射流侵彻煤层仿真模拟
基于LS-DYNA的金属射流侵彻煤层仿真模拟徐景德;彭兴力;齐睿琛;汪修全【摘要】采用动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,对射孔弹的爆轰压垮药型罩形成射流过程和射流侵彻煤层过程进行了模拟计算.爆轰材料采用JWL模型;侵彻过程材料破坏采用Johnson-Cook屈服应力准则.选择合适参数的药型罩对煤体进行侵彻模拟,侵彻煤层的厚度约为1.2m,为射孔弹在低透气性煤层中应用,增加瓦斯抽采半径提供了理论依据.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2016(013)004【总页数】7页(P70-75,82)【关键词】射流;煤体侵彻;仿真模拟【作者】徐景德;彭兴力;齐睿琛;汪修全【作者单位】华北科技学院研究生处,北京东燕郊101601;华北科技学院研究生处,北京东燕郊101601;华北科技学院研究生处,北京东燕郊101601;华北科技学院研究生处,北京东燕郊101601【正文语种】中文【中图分类】TP391.7射孔作业是目前国内外使用最广泛的完井方法,在射孔完井的油气井中,射孔孔眼是沟通产层和井筒的唯一通道。
现在把这项成熟的技术移植到煤体上,产生的射流来破坏煤体产生通道及裂隙,从而可以增加瓦斯的流通,提高低透气性煤层的瓦斯抽采率。
射孔弹的全物理过程是由爆轰将药型罩压垮,射流形成与延展,射流对靶侵彻等前、中、后期三个阶段组成的[1]。
射流的形成及侵彻过程短暂,且伴随着高温、高压、大应变率,是一个十分复杂的瞬态过程,应用解析方法对聚能射流的形成过程进行求解时通常需要简化模型。
运用动力学软件LS-DYNA可以对炸药的爆轰、药型罩的压垮及射流的形成和侵彻过程有一个比较全面完整的精确描述,它适用范围更广,可为进一步分析提供较为明显的瞬变过程图像[2]。
用ANSYS 软件,对模型进行有限元网格划分,并将划分网格后的模型导入到 LS-DYNA软件中。
在软件中,再补充建立靶板的模型,定义零件的材料属性、爆炸参数、计算控制参数、计算输出参数等。
基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析
基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析
1、模型建立
利用LS-DYNA分析软件,模拟子弹侵彻靶板问题。
已知条件:根据56式7.62子弹建立模型,钢铅材质;靶板厚度6mm,PE板;靶前速度780m/s。
根据以上条件,模拟侵彻过程中,靶板应力、变形及子弹靶后速度及加速度等重要的参数变化情况。
图1 子弹侵彻靶板三维模型及网格模型
2、靶板应力云图
图2 子弹刚接触靶板
图3 子弹侵入靶板
图4 子弹穿过出靶板
由结果可知,子弹接触靶板到穿过靶板过程中,靶板应力逐步变小,从子弹刚接触时的1013Mpa,到子弹侵入中部时的548.7Mpa,最终子弹穿过时的463.7Mpa,均大于靶板许用应力,故造成靶板被穿透且变形。
3、靶板变形云图
图5 子弹刚接触靶板
图6 子弹侵入靶板
图7 子弹穿过靶板
由结果可知,子弹接触靶板到穿过靶板过程中,靶板变形逐步变大,从子弹刚接触时的1.85mm,到子弹侵入中部时的8.76mm,最终子弹穿过时的16.14mm,故靶板被穿透后的弹孔变形最大为16.14mm。
4、子弹参数变化
图8 子弹速度变化
图9 子弹加速度变化
由结果可知,子弹接触靶板到穿过靶板过程中,子弹速度逐步减小,加速度由大变小。
通过坐标转换,其中子弹入靶速度780m/s,出靶速度750m/s。
基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析
基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析
1、模型建立
利用LS-DYNA分析软件,模拟子弹侵彻靶板问题。
已知条件:根据56式7.62子弹建立模型,钢铅材质;靶板厚度6mm,PE板;靶前速度780m/s。
根据以上条件,模拟侵彻过程中,靶板应力、变形及子弹靶后速度及加速度等重要的参数变化情况。
图1 子弹侵彻靶板三维模型及网格模型
2、靶板应力云图
图2 子弹刚接触靶板
图3 子弹侵入靶板
图4 子弹穿过出靶板
由结果可知,子弹接触靶板到穿过靶板过程中,靶板应力逐步变小,从子弹刚接触时的1013Mpa,到子弹侵入中部时的548.7Mpa,最终子弹穿过时的463.7Mpa,均大于靶板许用应力,故造成靶板被穿透且变形。
3、靶板变形云图
图5 子弹刚接触靶板
图6 子弹侵入靶板
图7 子弹穿过靶板
由结果可知,子弹接触靶板到穿过靶板过程中,靶板变形逐步变大,从子弹刚接触时的1.85mm,到子弹侵入中部时的8.76mm,最终子弹穿过时的16.14mm,故靶板被穿透后的弹孔变形最大为16.14mm。
4、子弹参数变化
图8 子弹速度变化
图9 子弹加速度变化
由结果可知,子弹接触靶板到穿过靶板过程中,子弹速度逐步减小,加速度由大变小。
通过坐标转换,其中子弹入靶速度780m/s,出靶速度750m/s。
弹体侵彻过程仿真及影响因素分析
弹体侵彻过程仿真及影响因素分析
弹体的侵彻能力一直是军工领域研究的热门课题。
为了研究不同影响因素对侵彻过程的影响,首先对基于有限元思想的侵彻理论和弹体冲击碰撞的受力进行了分析,然后针对建立的不同几何模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行仿真,分别考虑不同因素对不同模型的影响。
通过对穿甲弹侵彻钢板进行仿真,分析了速度与转速对侵彻过程的影响,得出速度和转速不同使弹体在侵彻过程中的偏转程度、速度、加速度载荷、能量损失以及质量损失不同;并对SPH与FE耦合三种方法进行仿真分析,验证了FE与SPH耦合方法的优越性。
通过对钻地弹侵彻不同的复合介质进行仿真,分析了入射角、转速和攻角对侵彻过程的影响,结果表明入射角不同导致弹体在侵彻过程中的偏转角度、侵彻时间及加速度载荷不同;转速对弹体的剩余速度具有一定的影响,而且会导致弹体发生翻转,当转速越大时,翻转位移越大,并且旋转方向不同,弹体的翻转方向也不同;攻角对弹体的受力具有一定的影响,并且攻角的正负会导致弹体的偏转方向不同。
最后,通过对弹体侵彻水介质和炸药在水中爆炸进行仿真分析,说明通过仿真能够很好地描述弹体在水中运动的规律和爆炸冲击波的传播现象,并与经验公式计算的水中弹体速度比较,验证了仿真的正确性。
通过仿真结果可以看出,入射角、旋转、攻角等影响因素对弹体的侵彻过程具有重要的影响。
该研究可对弹体结构设计提供依据,并且对优化武器攻击力和防护体的防护能力都具有重要意。
以ANSYS/LS-DYNA为平台的高速弹头侵彻防弹衣的仿真研究
以ANSYS/LS-DYNA为平台的高速弹头侵彻防弹衣的仿真研究摘要本文介绍了弹头侵彻防弹衣的基本原理,以有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为平台对子弹弹头撞击以超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPEF)为材料的防弹衣的过程进行数值仿真分析,分析在侵彻瞬间100毫秒内弹头和防弹衣的变形与穿透情况,在后处理器LS-PREPOST中得出弹头与防弹衣材料的应变图与相关节点的速度时间曲线和加速度时间曲线,为优化子弹弹头与防弹衣的设计提供必要的参数数据。
关键词有限元分析;侵彻;弹头;防弹衣;应变;ANSYS/LS-DYNA;仿真0 引言现代战争对于单兵防弹衣的需求日益加大,随着军工和材料行业的飞速发展,防弹衣的新材料也成出不穷,超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPE),是世界上最坚韧的纤维且具有很高的弹性模量,是目前世界上最为先进的防弹衣材料之一。
高速弹头侵彻问题是军工领域研究的热门课题,对优化武器攻击力和防护体的防护能力都有重要意义。
本文利用ANSYS/LS-DYNA对北约7.62mm狙击步枪7.62×51mm型子弹近距离(7m)射击UHMWPE防弹衣的过程进行数值仿真分析,得到了较好的分析结果。
1 侵彻理论分析侵彻问题属冲击动力学问题涉及到材料非线性,集合非线性,和边界条件非线性,本文采用lagrange算法求解。
在拉格朗日算法中,计算网格固定在物质上随物质一起变形。
网格点与物质点在物质变形过程中始终保持重合,物质点与网格点不存在相对迁移或对流运动,这大大简化了控制方程的求解。
弹头与防弹衣材料的本构方程需要材料的行为的时间历史,该算法能够很好的处理这个问题[4]。
弹头对UHMWPEF 防弹衣的侵彻过程是包含大变形、织物破坏、损伤的动态过程,由于高速碰撞材料内部产生冲击波,这种冲击波会在材料内部形成压力、能量、密度、和质点加速度等物理量的间断点,使微分方程产生奇异点导致微分方程不收敛,为此在计算中引入人工体积粘性项来修正静水压力项。
基于LS-DYNA的不同材质靶板抗侵彻能力的数值模拟
接 以 图形 方 式 显 示 弹 丸 侵 彻 的 全 过 程 , 易 地 改 较
考 虑 结构 物 的形 状 、 载荷 具 有 对 称 性 , 模 只 建
1 2 数 值模 拟材 料模型 .
条件 的 限 制 。 ( )理 论 模 型分 析 2
。 利 用力 学
方面 的知识 对模 型 进行 简 化 分 析 , 求解 得 出一 定条 件下 的侵 彻 理 论 公 式 , 算 建 立 的 方 程 较 为 复 杂 , 计 也不 能 充分 全 面 地 表 达 侵 彻 的物 理 过 程 。 ( )数 3 值模 拟 分 析 。数值 模 拟 方法 在 弹 丸 侵 彻 问题 上 发
板均采用 8 节点实体单元 , 应用单点积分并用罚 函
数 法来 控 制 沙 漏 以得 以较 快 的单 元算 法 。单 点 积
l 0期
孙
娟, : 等 基于 L —Y A的不同材质靶板抗侵彻能力 的数值模拟 SD N
表 2 钢 板 材 料 参 数
分 的优 点是 省 时 , 用 于 大 变 形 的 情 况 , 且 可 以 适 并
@
2 1 SiT c. nn. 0 0 c. eh E gg
兵 工 技 术
基 于 L - Y A 的不 同材 质 靶 板 SD N 抗 侵 彻 能 力 的数 值 模 拟
孙 娟 杜 作 娟 黄 小 忠 王 庭 江 潘 鉴
( 中南大学物理科学 与技术学院 , 长沙 40 8 ; 10 3 中航工业航宇公 司 , 襄樊 4 10 中航工业 62所。 景德镇 3 30 ) 40 0; 0 , 3 0 0
ANSYSLS-DYNA二次开发及其在侵彻模拟中的应用
ANSYS/LS-DYNA二次开发及其在侵彻模拟中的应用[范斌1,2马壮1,2范群波1,2,*金福生1祝威1][1.北京理工大学,100081 2.冲击环境材料技术国家级重点实验室,100081]*通讯作者Email:fanqunbo@[ 摘要] 针对利用商用软件ANSYS/LS-DYNA建立弹靶有限元模型及K文件修改的复杂性,运用编程语言C#进行了ANSYS/LS-DYNA的二次开发,建立了装甲防护领域的专业软件——装甲防护效能仿真评估平台。
该软件通过定制专用前后处理界面,实现了参数化的前处理过程,K文件自动提交计算过程,以及高效的后处理过程。
该软件针对无较多有限元分析经验的普通研究人员使用,可高效完成弹靶侵彻过程的模拟及装甲的抗弹性能的定量评估,避免了大量的重复性工作,提高了分析效率。
[ 关键词]二次开发;数值模拟;抗弹性能;侵彻Secondary Development of ANSYS/LS-DYNAand Application in Numerical Simulation of Penetration [FAN Bin1,2, MA Zhuang1,2, FAN Qun-bo1,2,*, JIN Fu-sheng1, ZHU Wei1 ][1.Beijing Institute of Technology, 100081 2.National Key Laboratory of Science andTechnology on Materials under Shock and Impact,100081][ Abstract ] Armor ballistic performance simulation evaluating platform, a professional software in armor ballistic performancing area, has been developed to deal with the complexity in building the finite element model and modifying the keyword file when using the commercial software ANSYS/LS-DYNA. Parametric pre-processing, keyword file automatically submitting, as well as efficient post-processing are achieved by designing special pre-processing and post-processing user interface. To those ordinary researchers lacking FE analysis experience, this software can efficiently simulate the penetrating process and quantificationally evaluate the ballistic performance,thus avoiding the vast repeatability and improving the analyzing efficiency.[ Keyword ] secondary development; numerical simulation; ballistic performance; penetration1 前言侵彻是指高速运动的弹体侵入甚至穿透目标靶板的过程,它是一种普遍存在的物理力学现象,研究弹体与靶板的相互作用过程,具有重要的民用价值和军事应用背景。
基于LS-DYNA的掘进武器前级聚能侵彻分析
基于LS-DYNA的掘进武器前级聚能侵彻分析
袁志华;王志军;李海卫
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2011(032)006
【摘要】应用LS-DYNA软件对不同掘进武器系统设计方案中前级聚能射流侵彻混凝土掩体进行数值模拟.结合相关理论对其产生的射流形状、速度和侵彻效果进行分析,并分析侵彻装置的药型罩厚度、起爆位置和选择炸药对聚能杆式侵彻体的影响.通过侵彻数值模拟,验证了掘进武器系统设计方案的可行性.
【总页数】3页(P1-3)
【作者】袁志华;王志军;李海卫
【作者单位】中北大学机电工程学院,太原030051;沈阳理工大学装备工程学院,沈阳110159;中北大学机电工程学院,太原030051;沈阳理工大学装备工程学院,沈阳110159
【正文语种】中文
【中图分类】TJ413
【相关文献】
1.基于ANSYS/LS-DYNA聚能射流侵彻靶板的数值模拟 [J], 杜学良;候红霄
2.掘进武器系统前级聚能侵彻分析 [J], 由强;袁志华
3.基于ANSYS/LS-DYNA的聚能射流侵彻装甲钢的有限元分析 [J], 汪文革;杨世军;韩永要;朱圣祥
4.复式侵彻弹前级聚能开孔侵彻效能的优化研究 [J], 袁志华;赵山伟;段梅;张醒
5.基于ANSYS/LS-DYNA分析平头弹侵彻间隙式双层靶的失效模式 [J], 刘兵;王红红;邓勇军
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于ANSYS/LS-DYNA聚能射流侵彻靶板的数值模拟
线 型聚 能 装 药(S ) L C 也称 平 面对 称 型 聚 能装 药 ,药型 罩呈楔 形 。炸药爆 炸 后 ,高温 高压 的爆 轰产 物 向装 药 空穴表 面法 线方 向迅速传 播 ,由于 空穴 的缘故 ,产 物 向轴线集 聚 并形成 一股 高速高 压 的气流 , 以高达几 十万 大气压 的压 力作 用于药
图3 线 性 聚 能 装 药 的基 本 结 构 与 参 数
平 面发 生碰 撞 ,形成 高速 的金 属射 流和 速度 相对
I . 橡皮护套 ;2切割索;3靶板 . .
较低 的杵 。随着 药 型罩被 持续 压垮 ,射 流质 量和
能量 不 断流入 , 流 头部也 不 断加速 直至最 大 【。 射 4 J 由于 杵和 射流 头 部 的速 度 不 同,射 流在运 动 过程 逐渐 拉伸 并产 生 断流 。之 后 随着 射 流质 量和 能量
型罩 ,将其 压垮 。而 后 向对 称轴 闭合运 动 ,并在
对称轴发生高速碰撞,药型罩内壁附近 的金属在 对称平 面上 挤 出一块 向着装 药底 部高速 运动 片状 金属射 流 。当射 流与 靶板作 用 时 ,迫使 靶板 表面 压力 突然达 到几 百万 大气压 。在 高压作 用下 ,靶
板表面 介质 被排 开 , 向侧面 积堆 积 。线 型聚 能装 药正 是依据 这种 片状 的“ 能刀” 聚 ,实现 对靶板 的 切割 。通过 数值 模拟 和试验 两种 方法相 互验 证和 指导来研 究 线型 聚能切 割器 切割靶 板 ,合理地 建 立切割 器模 型 ,应用A YSL . NA3 NS /SDY D软件 对 其 进行 数值模 拟 。
机电技术
2l年l 月 01 O
基 于 A S / SD N N YSL . Y A聚能射流侵彻靶板 的数值模拟
应用ls-dyna3d进行爆炸分析三种模型对比分析_secret
应用LS-DYNA3D进行爆炸分析xxxxxx0 概述爆炸过程的模拟一共有三种方式:1. 炸药单元使用8节点实体单元(Lagrange)模拟,炸药单元与被爆炸单元之间共用节点。
该方法计算速度最快。
同时,即使接触单元已经发生破裂,仍然可以继续计算。
这是因为:dyna中,单元失效(eliminating brick element)是通过将失效单元的刚度(弹性模量)设置成“0”实现的。
单元节点还继续存在(这一点可以从单元失效后单元应变=0,而节点位移仍然存在得到证明),因此还可以继续计算。
该方法的劣势在于,当爆炸单元变形较大时,将会引起被爆炸单元的大变形,同时由于采用了共用节点,限制了爆炸单元的滑移变形,引起附加的虚假滑移刚度。
这可能会对计算结果产生一定影响。
2. 炸药单元使用8节点实体单元(Lagrange)模拟,炸药单元与被爆炸单元之间使用接触。
可以采用的接触类型有:●*CONTACT_SLIDING_ONLY●*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE●*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE其中,SLIDING要求定义SEGMENT接触,而另外两者可以采用SEGMENT 也可以采用Part或者Part Set。
通过定义接触模拟爆炸的主要问题在于,计算有时会因为接触的计算而不收敛,通常表现为网格单元的突然膨胀,计算过程突然中止而不提示任何错误与警告信息等等。
产生这种情况的原因有很多,如错误或不恰当的输入、网格的疏密、单位制匹配、各种参数的选取等(有时默认值不一定是最好的)。
网格畸变过大等原因也会对接触的计算产生影响。
从计算过程的维持来看,显然共用节点方法更加鲁棒,即使网格畸变很大仍然可以继续进行计算,当然此时的计算精度就很难保证了。
3. ALE技术,即爆炸单元采用Euler或ALE单元,被爆炸物采用Lagrange单元,两种网格之间通过定义耦合实现爆炸过程模拟。
LS-DYNA的弹头侵彻问题分析与研究的开题报告
基于ANSYS/LS-DYNA的弹头侵彻问题分析与研究的开题报告一、选题意义弹头侵彻问题是查明合金、复合材料等材料抗冲击性能的重要途径之一,对于军事领域中的防弹装备等具有重要意义。
借助有限元分析(FEA)软件ANSYS/LS-DYNA的计算能力,可以可靠地模拟弹头侵彻的过程,包括弹头与目标材料之间的相互作用等。
本研究将围绕ANSYS/LS-DYNA的计算方法,对弹头侵彻的问题展开深入研究。
二、研究内容本研究的主要研究内容包括以下几个方面:1. 弹头侵彻问题的研究背景与意义:介绍弹头侵彻问题的研究背景以及其在军事领域中的应用价值,并分析解决该问题所面临的主要难题。
2. 基于ANSYS/LS-DYNA的计算建模:通过ANSYS/LS-DYNA的计算建模,对弹头侵彻过程进行计算分析,并对其过程进行详细的分析与验证。
3. 弹头侵彻问题的分析结果:分析结果包括弹头进入目标材料后的应力分布、变形情况、破坏过程等,同时结合实验数据,验证分析结果的可信度与准确性。
4. 弹头侵彻问题的优化研究:根据分析结果和实验数据,将ANSYS/LS-DYNA的计算模型进行优化,并探索其优化效果,为更好地解决弹头侵彻问题提供参考。
三、研究进度安排因疫情的影响,本研究目前处于初期阶段,具体的进度安排如下:1. 2021年3月-4月:完成文献调研,熟悉ANSYS/LS-DYNA的计算模型以及可视化功能。
2. 2021年5月-7月:基于ANSYS/LS-DYNA的计算模型对弹头侵彻过程进行模拟实验,并分析计算结果与实验数据的异同,找出差异的原因。
3. 2021年8月-9月:根据模拟实验的结果,进一步分析弹头侵彻的过程分析,包括分析损伤因素及其演化规律等,并对计算模型进行优化。
4. 2021年10月-11月:通过优化后的计算模型,进行一系列相关的弹头侵彻问题仿真实验,并对仿真结果进行分析,以最终得出科学准确的结论。
四、研究预期成果本研究的预期成果主要包括以下几个方面:1. 建立科学合理的弹头侵彻问题计算模型及仿真实验平台。
基于ANSYS和LS-DYNA的钢弹侵彻钢板数值数字模拟
基于ANSYS/LS-DYNA的钢弹侵彻钢板数值模拟摘要:利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件Lagrange算法,对钢弹以一定的角度斜侵彻厚钢板进行了全过程的数值模拟,求解着速度为1000m/s左右的钢弹侵彻钢板的动力响应时间历程,获取钢弹侵彻钢板的速度、加速度和Von-Mises应力云图,帮助我们分析高速碰撞过程并量化碰撞过程中物质内部的变化。
关键词:有限元分析ANSYS LS-DYNA钢弹侵彻数值模拟0 引言钢弹侵入是十分复杂的固体动力学问题,其大量的中间过程如弹、靶的相对速度,弹靶接触面运动规律,应力分布与传播,能量和动能的转化等难以通过理论分析与计算得到。
数值分析方法为研究钢板侵彻问题提供了良好的教学手段,通过对钢弹及钢板在侵彻过程中网格变化,记录钢弹与钢板作用过程的全部信息,从而反映真实的侵彻过程。
1 ANSYS/LS-DYNA有限元软件ANSYS/LS-DYNA是由美国公司开发的一款软件,由于ANSYS/LS-DYNA程序有强大的数值模拟功能,它在民用和国防工业领域有广泛的应用。
主要涉及爆破工程的安全分析流体结构相互作用;战斗部结构的设计分析;内弹道发射对结构的动力响应分析;侵彻过程及爆炸成坑模拟分析;军用设备和结构设施受碰撞和爆炸冲击加载的结构动力分析;超高速碰撞模拟分析等。
本文采用了ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对钢弹侵彻钢板进行数值模拟、仿真与分析。
2 有限元模型2.1 钢弹侵彻3cm钢板计算机算法和材料模型选择本试验属于典型的钢弹侵彻钢板问题,钢弹速度中等,属于中速撞击范围。
钢弹及钢板计算模型如图1所示。
图1 模型示意图钢弹尺寸(直径1.5cm ,长度5.0cm )与钢板尺寸(厚度3.0cm,长度30.0cm 宽度30.0cm)相比要小得多,可以认为钢板是无限域。
在这种情况下,钢板可视为轴对称体,由于钢弹也为轴对称体,为了简化问题的计算,在分析的过程中只建立二分之一个模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
作者简 介 : 袁志华 (9 3 ) 男 , 授 , 16 一 , 教 主要从事 武器 弹药的新原理 、 新概 念研 究。
2
四 川 兵 工 学 报
ht :/ c gjusr. o / t / sb . rev cr p o n
1 m, 药 直 径 为 1. m, 凝 土 靶 板 长 4 m, 度 4c 装 14 c 混 0c 高
P=∑P () 6
射流对靶板的总侵彻深度为
J C在反混凝 土、 P 钢筋混凝土 弹药 中有很好 的应用前 景。理 想的 JC在充分拉伸后头尾速度差很小 , P 甚至 为零 。聚能产 生的金 属射 流如图 2所示 。
3 前级聚能射流侵彻模型 的建立
射流侵彻混凝土模 型可分 为流 体模 型阶段 和流体 一弹 塑性模型阶段 , 者是 指混凝 土介 质的强 度不起 作用 , 流 前 射 与靶板均类似于流体 , 者是 指靶板 介质 的强 度不 能忽 略, 后 需要考虑强度对侵彻的影 响 , 板介质 不能看 作流体 。这 2 靶 个 阶段以流体模型判别准则来区分 。 掘进武器系统前级聚能射流侵彻装 置接触地面 后 , 置 装 前端的壳体分开 , 在有一 定炸 高的情 况下 , 彻装 置开始 工 侵 作。在这 样 的 条 件 下 建 立 掘 进 武 器 系 统 前 级 聚 能 射 流
射流侵彻混凝 土掩 体进 行数 值模 拟 , 并结合 理 论计算 , 不 在
同设计方案 中选择 了最佳方 案 , 为掘 进武器 系统 的进一 步优 化提供参考依据 。
条件 , 少引起 H ug s 很 o r as效应 , 声小 , l 噪 已发展 为 一种 常用 的接触界面算法 。分 布参 数法是 B r n等在 18 ut o 9 2年首先应 用于 T N O E S R分析程 序 中的 , 与节点约 束法相 比, 这种算法 具有较好 的网格稳定 性 , 因此被 D N Y A采用 。这种 算法主要
模 型 一 。
▲
图 2 半 锥 角取 4 。 聚 能射 流 不 同 时 刻 图 5时
.
+ +
半 锥角为 4 。 5 时混凝土外层 的侵彻效果如 图 3所示 。
计算模型及主要参数 : j 装药 为 B炸 药 , 药型罩 内半径 为 5 2c 外半径为 5 7c 半锥 角分别 为取 2 。 4 。 等 . m, . m, 5和 5, 壁厚药 型 罩 , 度 为 05 c 材 料 为 紫 铜 。装 药 高 度 为 厚 . m,
为 混凝 土为均匀介 质 。
假设每段射 流为圆柱 体 , 在任意时刻 , 射流半径为
一 m
√ 南
( 1 )
其 中 r为射流初始半径 。 / 0 作 为侵 彻 目标 的混 凝 土材 料 , 碰撞 速 度 的变 化 而变 随
化 。通 常认 为 , 当碰撞 点 的动压达 到靶 板材 料 1 0倍动 态屈 服强度 时 , 该材 料 可按 照流体 模 型处 理。其 中 U是侵 彻速
摘要 : 应用 L —Y A软件对不同掘进武器 系统设计方案 中前 级聚能射 流侵彻混凝 土掩体进 行数值模 拟。结合相关 SD N 理论对其 产生的射流形状 、 速度和侵彻效果进行 分析 , 并分 析侵彻 装置 的药型罩 厚度 、 起爆 位置 和选 择炸 药对聚 能
杆式 侵彻 体的影响 。通过侵彻数值模 拟 , 验证 了掘进武器 系统设计 方案的可行性 。
度, Y是动态屈 服强度 , 可得 :
>1Y 0 () 2
考 虑靶 板介 质强度对射流侵彻的影 响 , 正后的伯努利 修
方 程 为
—
1 (
—
) 1 U 。: 2+R
() 3
其 中第 i 射流微元对靶板的侵彻速度为 个 上
1 - P ̄
-
图 1 半 锥 角分 别 为取 2 。 4 。 5 和 5 药型 罩 模 型
当半锥 角为 4 。 , 5 时 射流杵体 为聚能杆式 侵彻体 (P , JC)
p i
侵彻深度为
P :
=
,
— — — — — —
: :
一
— — — — — — — —
:
— — — — — — — — — —
_ — — I—— — —
f
() 5 ()
[ 一 p )1 一) 2j ( ] (
第3 2卷
第 6期
四 川 兵 工 学 报
21 0 1年 6月
【 武器装备】
基 于 L — Y A 的 掘 进 武 器 前 级 聚 能 侵 彻 分 析 SD N
袁 志华 , 王志军 李海卫 ,
(1 中北 大学 机 电工程学 院, . 太原 005 ; . 30 1 2 沈阳理工大学 装备工程学 院, 沈阳 10 5 ) 1 19
界面: 动态 约束 法 ( i maccnt itm to ) 罚 函 数法 kn t o san e d , e i r h ( ea ym to ) p nl ehd 和分 布 参 数 法 ( ir ue a me rm t— t ds b tdpr t eh t i a e o) d 。动态约束 法 由 H ge 等在 17 uh s 9 6年提 出, 由于 “ 结” 扭 ( ik 现象的存在 , kn ) 这种算法对 处理爆炸 气体在结 构中的膨 胀并不适用 。罚 函数 法算 法于 18 年 由 H a 91 ug等提 出 , 该算 法编程简单 , 具有对称性 、 动量守恒准确 , 不需要 碰撞和释放
流侵彻装 置在混凝 土掩 体外层 侵彻 出有 一定深 度和 较大 直 径 的孔 。其侵 出的孔 满足掘 进武 器系 统前级 聚能 侵彻 的 要求 。下面对 聚能装置其他 相关 参数进行模 拟 , 为改进方 案
提供依据 。 利用 L .Y A, 别对 以下 4种情 况进 行数值 模 拟计 SD N 分 算: 药型罩聚 4 。 厚 度为 0 5c 顶 端起 爆 ; 型罩 聚 4 。 5, . m, 药 5, 厚度为 0 3c 顶 端起爆 ; 型罩 聚 4 。 厚度 为 0 5e 由 . m, 药 5, . m,
叫 2 ( 一. i 4 pR ) ]
4 前 级 聚 能射 流侵 彻 模 拟 结 果 分 析
当半锥 角为 2 。 , 5 时 通过 前级 聚能射流侵 彻模 拟计算 可 知, 前级聚能装置能产生高速 、 又细又长 的射 流 , 可在混 凝土 掩 体外层 打一个 较深的 、 口径较小 的孔 。
关键 词 : 掘进武器 系统 ; 聚能效应 ; 侵彻 ;SD N L —Y A
中 图 分 类 号 :J1 T4 3 文献标识码 : A 文 章 编 号 :0 6— 7 7 2 1 ) 6— 0 1 O 10 0 0 (0 1 0 00 一 3
Pe er to ay i fDrvn e p n e u s r h p d Ch r e n t a in An l sso ii g W a o sPr c r o y S a e a g b sd o . a e n LS DYNA
袁 志 华 , : 于 L .Y A 的掘进 武 器前级 聚 能侵彻 分析 等 基 SD N
3
由 以上 计 算 分 析 可 知 , 当半 锥 角 为 4 。 侵 彻 时 间 为 5、 1 0 s , 0I 时 深度达到 10c 侵 彻 半径 可达 4 m, 0 x 5 m, 6c 聚能 射
l L - Y A 的接触 算法 SD N
在 L . Y A 中有 3种 不 同的算 法处 理碰 撞 、 动接 触 SD N 滑
用来处理接触界 面具 有相对 滑移 而没 有分 开 的问题 。由于 炸药爆炸产生 的气 体与 被接触 的结 构之 间只有 相对 滑动没 有分离 , 因此分布参数法成为处理爆炸 、 侵彻的首选算法 。
2 前级聚 能射流侵彻计 算方程
在 前 级 聚 能 射 流 侵 彻 混凝 土 介 质 的过 程 中 , 设 每 个 射 假
1 m, 型罩边缘 到靶 板 8c 3c 药 m。由于模 型对称 , 只建立全模
型 的 12 见图 1 。 /( )
流微元 为定 常侵 彻 , 射流描述 : 射流头部速 度为 v, j尾部 速度
2 Sh o o q im n E g er g hn agLgn nvr t, hn ag10 5 ,C ia . col f u et n i e n ,Seyn i gU i sy Se yn 119 hn ) E p n i o ei
Ab t a t s r c :Th o g h ppi ai n o S- r u h t e a l to fL DYNA ot r o h u rc lsmulto fdi e e td sg so c s fwa e frt e n me ia i ain o f r n e i n f f
攻击 目标 的武器 。进行攻击 时 , 首先 前级聚能侵 彻装置 在 目 标混凝土 防护装置外层 侵出一个一定深 度和直径 的孔 , 为掘 进装置顺利工作做 好准 备 , 随后 掘进 装置 进行 掘进 工作 , 运 载随进战斗部 到达掩体 内部 , 最终 完成攻击 …。本文应 用显 式非线性 动力分析软件 L - Y A对 掘进武器 系统前 级聚能 SD N
Ke r s r ig w a o s s s m ;s a e - h r e ef c ;p n t t n;L - YN y wo d :d vn e p n y t i e h p d c ag f t e er i e ao SD A
掘进武器 系统 属于复式侵彻弹 , 以地 下或深层 掩体为 是
d v gw ao sss m rc r r S ae h rejt eert gcnrt b n es tep p ra a zd i n r i ep n yt sPeus y h p d C ag e p n t i o ce u kr , h ae nl e e o an e y tesa e seda dp n t t nef t fe cm iig h o e , n ei at f O e e ao yd — h hp , pe n eer i f c o t o bnn e r s adt ao e j t i h mp c o D P nt t b e R r r