1、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
2、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。该方法避免了因为网格畸变过大造成的计算发散、计算结果不可信等缺陷。该方
3、法计算速度较慢,同时需要最少定义三种网格:炸药(ALE)、被爆炸物(Lagrange)以及炸药在其中流动的ALE网格。在有限元模型中ALE与Lagrange网格之间可以随意交叉,因而大大方面了模型的建立过程。上述三种方法均可进行爆炸过程中出现单元破损问题的求解。本文研究了上述模型的计算结果、计算效率,希望对以后的研究能有所帮助。1 共用节点方法模拟爆炸图1 有限元网格 图2 爆炸后的结构变形定义了2个Part。Part1为被爆炸物,Part2为炸药,两个Part之间通过共用节点连接。Part 1:Section*SECTION_SOLID 1(缺省的中心单点积分常应变单元)Material*M
4、AT_PLASTIC_KINEMATICPart 2:Material*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURNEos*EOS_JWL*INITIAL_DETONATION 控制起爆点与起爆时间。2 接触模拟爆炸:侵彻接触(Eroding)图3 有限元网格 图4 爆炸后的结构变形Part1为被爆炸物,Part2为炸药,两个Part之间通过定义侵彻接触连接。Part 1与Part 2的属性与“共用节点模拟”完全相同。接触定义:*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE3 接触模拟爆炸:滑动接触(Sliding)图5 有限元网格 图6 爆炸后的结构变形*CONTA
5、CT_SLIDING_ONLY4 接触模拟爆炸:面面接触(STS)图7 有限元网格 图8 爆炸后的结构变形*CONTACT_ SURFACE_TO_SURFACE5 流固耦合方法模拟爆炸图9 有限元网格 图10 爆炸后的结构变形定义了3个Part。Part1为被爆炸物,Part2为炸药,Part3为炸药流动的ALE网格。Part2与Part3之间通过共用节点相互连接。Part 1与另外两个Part之间通过命令设置耦合。被爆炸物炸药Section*SECTION_SOLID_ALE 12(中心单点积分的带空白材料的单物质ALE单元)Part 3:空间网格(VOID)* Error: nvoid=
6、 0 is not compatible with solid formulation 12 for material 2*INITIAL_VOID_PART:定义初始空间。初始空间材料在计算过程中是不被考虑的。该选项对于单物质单元(ALE12)必须定义,否则系统会提示如下错误:同时,初始空间一定要定义成空间网格(VOID),如果定义错误,比如把炸药网格定义成初始空间,那么在计算结果的显示(LSPOST软件)中,History Var # 2的显示将完全错误,完全反向(将显示:1-真实比例);如果把被爆炸物(Lagrange)网格定义成初始空间,将得到完全不可相信的结果。主要控制语句*CONT
7、ROL_ALE:ALE算法选项*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID 流固耦合定义。注意耦合方式(CTYPE)在本例中=5。6 各种方法的对比表1显示了不同计算方法之间的计算效率对比。表1 不同计算方法之间的效率(CPU时间)共用节点接触方法1(ESTS)接触方法2(Slid)接触方法3(STS)ALE时间(S)46511下图1115分别对比了不同计算方法下单元应变、节点位移以及爆炸损伤空穴的大小。图11 不同计算方法511单元等效应变对比图12 不同计算方法667单元等效应变对比图13 不同计算方法835节点位移对比图14 不同计算方法895节点位移对比图15 不同计算
8、方法爆炸空穴大小对比7 总结与讨论1.“共用节点方法”与“滑动接触”在各种曲线中都非常一致。流固耦合与面面接触比较相似,流固耦合计算得到的应力、变形略大。侵彻接触计算结果最小。2.本文第六节仅仅是对不同计算方法进行了简单的对比,实际上,每一种计算方法中都有数项参数,参数的不同取值直接影响计算结果(这就意味着:如果试图试凑出几乎一致的曲线也是有可能的事情)。因此,对于一个具体问题,应该在选定某一计算方法的基础上,微调参数,使计算结果与理论解、试验值等相吻合,这样才可以说是比较完美的计算模拟。3.当选择lagrange方式模拟炸药单元时,炸药单元的网格不要过多,或者不要过于“规矩”,即完全采用正方
9、体或长方体。4.要想很好的模拟爆炸,还需要考虑“无反射边界条件” ;5.关于“网格尺寸”,一般希望爆炸单元、ALE单元划分较密,被爆炸物Lagrange单元划分较疏(都是相对)。6.“初始爆炸点” 对计算结果有一定的影响,一般可以选择取炸药中心点;7.对于小的变形(小爆炸)共用节点最简单;如果爆炸威力较大,出现大范围的单元破损,最好采用Sliding与流固耦合方法模拟。采用流固耦合方法比较唬人。对于空气中的爆炸、水下爆炸等问题,必须采用流固耦合。根据上述分析,本文认为:8.下一步的工作,需要进行数值计算结果与理论解、实验值的对比。同时仔细研究各个参数取值对计算结果的影响。共用节点 侵彻接触滑动接触 面面接触 流固耦合
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