子弹穿靶：ANSYS Workbench与LS-DYNA的联合侵彻分析

侵彻是可以运用LS-DYNA和Explicit Dynamics软件进行分析的一类典型非线性动力问题，在实际工程中有广泛的运用。本文以一颗子弹击穿双层钢板的动力问题分析为例介绍侵彻分析的实现方法。以workbench9.0版本基础，调用LS-dyna模块和Explicit Dynamics模块进行计算并对结果进行比较。

1、问题描述

直径15mm、长45mm的子弹以1000m/s的初始 n速度垂直射向两层钢板，钢板尺寸均150mmX150mm，厚度均为8mm，钢板间距为55mm，具体尺寸详下图1所示：

图1 子弹及钢板几何尺寸（单位：mm）

建立模型

选择Explicit Materials材料分组，选择STEEL 1006型钢材，该类型的钢采用Johnson Cook模型定义材料的强度，Johnson Cook模型适用于高应变率材料行为，对于子弹击穿钢板问题采用该模型是合适的。另外，子弹穿靶过程中伴随着部分材料失效的行为，因此还需要添加材料失效模型，Workbench中提供多种材料失效模型，在这里我们选择Johnson Cook失效模型。

分别建立两组模型，一个了子弹穿透一块钢板，另一组是子弹穿透两块钢板。

第一组分析，先抑制住第二块板，钢板材料选择成STEEL 1006，子弹选择成rigid。显式分析，单元为一阶单元。钢板层数一般要大于两层，以防止沙漏现象。体与体的接触选择成frictional接触，摩擦系数设置0.15，动力摩擦系数设置0.1。当然也可以由于模型的对称性，建立1/4模型进行计算。本案例是全模型。仿真时间为6e-5s。初始速度的添加必须在是initial condition下添加进行初始速度添加，而不是在求解里添加强制速度，这个要重视。速度为1e6mm/s。这里的单位制是mms。钢板四周固定约束。

第二组分析是将第二块钢板解除抑制，时间改为1.8e-4s。两个钢板固定约束，其他条件均不改变。

穿透第一块钢板的ls-dyna的速度图

显式动力学计算的结果

结论是经过穿透钢板后两个动力学软件计算出来的子弹速度均有下降。

穿透两个钢板后的lsdyna计算的速度结果

显式动力学计算的结果

子弹穿透第二钢板后，子弹速度继续下降，其中autodyna计算的下降速度更快。

穿透的云图

结论是autodyn与lsdyna在显式动力学计算上结果具有可比性，并且结果都有一定的可信性。不过，很奇怪的一点，在添加上显式动力学材料STEEL1006后，如果不添加Jason失效材料属性，autodyn计算出来的结果能够穿透，而lsdyna则不能计算穿透。

后面有附件，仅供参考学习。ansysworkbench 19.0版本的模型文件。由于不支持ansysworkbench19.0压缩的wbpz格式，故将impact.wbpz格式改成impact.rar。下载下来后，右键重命名，把后续改回来即可，支持19.0及以上版本打开，双击即可打开。由于上传文件大小的要求，后面两个钢板的求解结果已清除，自行求解即可。

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