HyperMesh & LS-DYNA:子弹侵彻模拟教程

Hypermesh凭借强大的网格划分和方便的求解设置功能而被广泛用于DYNA求解器的前处理。本文通过子弹穿透铝合金板侵彻计算来简单介绍Hypermesh和LS-DYNA的联合使用。

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



图1 计算模型

在hypermesh中对子弹进行分割,分割后对其和铝板进行六面体网格划分,子弹的网格尺寸为1mm,铝板的网格尺寸为1.5mm,并对铝板被子弹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关键字对子弹施加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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