Hypermesh与LS-DYNA协同工作：子弹侵彻模拟实践

计算模型如图1所示，为1/4模型，bullet材料为钢材，被穿透的板为铝合金AL2024。

图1 计算模型

在hypermesh中对bullet进行分割，分割后对其和铝板进行六面体网格划分，bullet的网格尺寸为1mm，铝板的网格尺寸为1.5mm，并对铝板被bullet侵蚀的部分进行局部加密，计算网格如图2所示。

图2 有限元模型

网格划分完成后，在hypermesh中定义使用材料的属性、状态方程、单元算法和沙漏控制，分别对应hypermesh中的Materials、State Equations、Properties和HourGlasses。材料选用*Mat_ Johnson_Cook模型计算高应变率相关的高速冲击问题，引用最大主应变失效准则（*Mat_Add_Erosion），状态发方程采用*EOS_Gruneisen，采用常应力单元积分算法*Section_Solid，沙漏控制采用4号Flanagan-Belytschko stiffness forms算法。基本设置如图3所示，材料属性及状态方程参数如图4和图5所示。

图3 hypermesh中的基本设置

图4 AL2024(左)和Steel(右)的材料参数

图5 AL2024(左)和Steel(右)的状态方程

接触算法设置，通过hypermesh中Groups定义自动单面的侵彻接触算法*Contact_Eroding_Single_Surface，选择所有单元作为从面，静摩擦系数取0.1，SOFT计算公式选为Soft constraint formulation，如图6所示。

图6 接触设置

边界条件设置，笔者个人喜欢在hypermesh-Solver Browser中进行设定，由于模型关于XY平面与YZ平面对称，故需要约束在XY平面上的节3、4、5方向的自由度，约束在YZ平面上的节1、5、6方向的自由度，并将铝合金板的另两个侧面的节点的所有自由度进行约束，使用的是*Boundary_SPC_Set关键字,如图7所示。

图7 边界约束

初速度条件设置，通过*Initial_Velocity_Generation关键字对bullet施加800m/s的-Y方向的初始速度，如图8所示。

图8 初始速度

设置*Control_Bulk_Viscosity、*Control_Termination和*Control_TimeStep后即可提交LS-Run进行求解计算，计算时长为0.0001s。通过hyperview对计算结果进行后处理，应力分布如图9所示。

图9 计算结果

整体模型的动能、内能和总能能量曲线如图10所示。通过以上计算图9显示出了bullet在穿透铝板的过程中发生了侵蚀现象，并且系统的动能在减少，内能增加，总能量由于侵蚀现象逐渐减少后保持不变，从图10中可以看到完成侵蚀穿透后，系统保持能量守恒。

图10 能量曲线

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