S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的创新应用

01模型背景及简介

自然破片战斗部是破片杀伤战斗部的重要形式，它主要是在高能炸药爆炸作用下，战斗部壳体膨胀、断裂破碎而形成的大量高速破片，利用破片的高速撞击，引燃和引爆作用毁伤目标，从而用于杀伤敌人有生力量、无装甲或者轻型装甲车辆、飞机、雷达、以及导弹等武器装备。其优点是自然破片战斗部的壳体既可以充当容器又形成了杀伤元素，材料的利用率高。

已知某战斗部壳体尺寸：外径D=240mm,壁厚h=7mm,长度L=800mm（本算例利用S-ALE关键字生成欧拉域，用户仅需要输入X、Y、Z节点信息即可，求解器根据用户输入信息自动生成ALE网格，具有求解速度快，K文件存储体积小的优点，具体可参见笔者之前的文章）。通过仿真模型的建立，研究自然破片成形过程和速度稳定情况，下图为战斗部壳体1/4模型：

S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的应用的图1

02建模流程及关键字解读

1）利用Hypermesh作为网格前处理工具，从任一CAD软件中导入中间格式，对其划分网格，这里先划分壳体端面网格，由2D生成3D体网格，可得到纯六面体网格，下图为Hypermmesh前处理得到的模型：

S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的应用的图2

2）从Hypermesh中选择Ls-Dyna求解器导出K文件，打开Ls-prepost,读取k文件，可以根据实际情况对K文件及part进行重新命名，我这里模型简单，就不重新命名。

3）接下来就是材料、状态方程、单元界面属性、边界条件、初始条件、求解控制、输出控制等关键字编写。

1.利用S-ALE关键字生成欧拉域，并按照几何形状方式对装药进行填充，设置起爆点；ALE_STRUCTURED_MESH_POINTS

S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的应用的图3

ALE_STRUCTURED_MESH

S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的应用的图4

以上步骤结束后可以在Ls-prepost点击左上角Keyword Entity/ALE/Structured_Mesh预览生成的S-ALE网格，如下：

S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的应用的图5

以上是模型建立工作，至此算咧已经生成150x150x400=9143201,算上战斗部壳体160000，一共1000万网格，这个量级的网格数量对于传统ALE来说，求解速度会很慢，特别是战斗部自然破片需要模拟到破片速度稳定后，计算时间一般为零点几秒，时间会更久，即使用MPP版本搭配高性能工作站，也需要花费不少时间，有兴趣的朋友们可以比较和S-ALE算法对比。

2.边界条件及求解控制、输出控制设置创建ALE多物质流动材料组（tnt和air） S-ALE流固耦合算法在战斗部自然破片模拟中的应用的图6