基于Abaqus的CONWEP爆炸荷载对蜂窝夹层结构动态加载的数值模拟

空气中的爆炸会形成高质量的高度压缩气体，其与周围空气相互作用，产生向外传播的冲击波。ABAQUS通过CONWEP模型提供的经验数据结合入射波加载定义，可以定义这种由于空气爆炸引起的荷载效应，其中入射波可分为：球形入射波（空气爆炸）或半球入射波（表面爆炸），本例采用球形入射波定义。

CONWEP是来源于美国军方实验数据的爆炸载荷计算方法，用于自由空气场中爆炸和近距离爆炸计算。在ABAQUS中，当给定的起爆点、加载面、爆炸类型和TNT当量，即确定了CONWEP模型的爆炸冲击压力历程曲线如图1所示，可见该曲线包含以下经验参数：由入射压力和反射压力构成的的最大超压（高于大气压），冲击压力到达时间，超压持续时间和指数衰减系数。

图1 爆炸产生的冲击波压力时程曲线

由于冲击波产生的超压即总压力是入射压力，反射压力和入射角的函数，被定义为加载表面的法线与加载面任意点指向爆炸点的矢量之间的角度。因此总压力定义为：

本例将以空气爆炸产生冲击波对蜂窝状网状夹层结构的影响为例展示其非线性分析能力。

几何模型与网格划分:

• 蜂窝状网状夹层结构几何模型如图2所示，夹层结构由方形蜂窝芯组成，垂直腹板焊接在顶板和底板上。整个夹层板结构的尺寸为610×610×61mm。 夹层结构位于X-Y平面中，而爆炸源在夹层结构的顶板的中心垂直上方（沿z方向）100mm。顶板和底板厚5毫米，方形蜂窝芯板厚0.76毫米，蜂窝网之间的间距为30.5mm。

• 由对称性取四分之一进行建模，使用31×31×5个C3D8R单元将顶底两个板离散化，蜂窝芯沿着芯的高度使用30层S4R壳单元

模拟参数:

夹层结构的顶板和底板以及蜂窝芯实心板均由高延展性不锈钢合金（Al-6XN）制成，由49％Fe，24％Ni，21％Cr和6％Mo组成[1]。

杨氏模量为MPa，泊松比为0.35，密度为公吨/mm3，膨胀系数为Nmm/公吨。

Johnson-Cook模型用于模拟弹塑性力学行为：

相变温度为293K，熔融温度为1800K。

初始条件、边界条件、加载:

• 初始温度为273K
• 假定对称行为，只去四分之一的结构被建模，板的中心位于X-Y平面的原点。对于X=305mm和Y=305mm两个平面固定所有自由度（ENCASTRE）；X=0平面设定为x轴对称边界条件（XSYMM），同理对于Y=0平面设定为YSYMM。
• CONWEP爆炸载荷施加在板的顶部表面上，爆炸源位于垂直于板顶面中心距离为100mm的位置，加载3kgTNT爆炸荷载。

相互作用:

• 蜂窝夹层结构与顶底板的焊接通过Tie命令进行点与点的绑定，详细inp关键语句如下：
• 结构冲击变形后顶底板与夹层之间的相互作用设置为通用接触

** Constraint: Bottom-Weld
*Tie, name=Bottom-Weld, adjust=no, tied nset=Honeycomb-1.Bottom
Honeycomb-1_Bottom_CNS_, Bottom-Plate-1.Top
** Constraint: Top-Weld
*Tie, name=Top-Weld, adjust=no, tied nset=Honeycomb-1.Top
Honeycomb-1_Top_CNS_, Top-Plate-1.

模拟结果:

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