爆炸与冲击仿真中的数值方法探索

  1. LSDYNA/Autodyn结果映射

对于一些大型的模型,如爆炸冲击波对建筑物的破坏等。由于爆炸过程中网格的尺寸效应较为明显,只有很小的网格采用较好的模拟爆炸初期的冲击波,(网格大的话,冲击波的压力峰值会变得很低),但是由于计算机的性能有限,所以我们可以通过先建立1维或者2维的模型,然后通过将1维或者2维的结果导入到3维模型中,方便进行结果查看。如通过先进行2维爆炸的计算,生成map文件,然后用提取到3d模型中计算即可。



Figure LS-DYNA中的二维结果映射到三维



Figure Autodyn中一维结果映射到三维

还有一些情况如我们需要先用欧拉域计算一些爆炸结果,如金属射流或者EFP等,等计算完成后需要提取结果对靶板进行侵彻,这个时候也可以通过结果映射,将前期计算的结果导入到模型中,完成计算。



Figure 射流的计算



Figure 射流结果提取并进行侵彻计算

  1. 网格填充及映射

在计算爆炸问题的时候,经常有一些异形炸药的结构,其网格比较难以划分,在autodyn和LS-dyna中都提供又基于一种几何映射的网格划分方式。对于dyna可以通过*initial_volume_fractioan_geometry进行几何的映射。在autodyn中可以通过在欧拉域通过fill by part的操作进行模型网格的转化。



  1. LSDYNA中的DEM方法

对于一些沙土问题、材料混合搅拌等,其具有离散性质,其颗粒不均匀性,在仿真模拟中较难建模。可以使用sph方法进行建模,其计算时间会较长单元与单元之间没有强度,但是有阻尼和摩擦,这种情况下使用DEM(离散元)方法是最合适的。



Figure LS-DYNA中的DEM方法

  1. Autodyn中SPH和拉格朗日耦合

SPH能够较好的模拟混凝土等一些脆性材料,但是其计算时间较长,所以我们会在模拟一些问题的时候在需要考察的关键部位采用sph粒子,在其他区域采用FEM的网格即可,通过对SPH粒子和FEM网格之间定义好接触和绑定,即可完成SPH和FEM网格的耦合,即减少了计算时间,又能够得到计算所需要的效果。



Figure Autodyn中SPH和FEM耦合

总而言之,在爆炸冲击计算过程中,有很多的计算方法,其宗旨在于更精确的结果,更高的计算效率和更方便的建模。

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