本案例也是介绍流固耦合仿真分析,模拟子弹穿透水箱后,水花飞溅的过程,所用的单位制为m,kg,N,s。为了节省计算机资源,简化为1/2模型,并定义对称约束。
仿真分析的图形树如下图所示:

零件(Component):
共4个Component零件,水、空气、水箱与子弹。

每个Component所赋予的材料、属性、沙漏控制与EOS状态方程如下所示:

Material(材料):
水与空气为多材料的ALE网格,均为MATL9号材料,并定义了压力(PC)与粘度系数(MU),其它详细信息可以查看关键字手册。水箱与子弹为拉格朗日网格,水箱为柔性体,MATL24号材料(本来想用JC本构,但是还没有研究明白),材料塑性阶段的等效塑性应力与等效塑性应变的应力应变曲线与冲压回弹案例所用的数据相同,通过参数FAIL模拟水箱的失效情况。子弹为刚体,MATL20号材料,材料卡片中不能定义刚体自由度的约束,因为子弹入水后的运动轨迹不规律。

HourGlass(沙漏):

因为模型中有ALE网格,其SECTION_SOLID的属性与拉格朗日网格不同,并需要定义EOS状态方程。

ALE网格与拉格朗日网格的属性。

定义Air所在Component外侧网格的Set Segment集合,用于定义ALE网格的边界条件,关键字为SET_SEFMENT。

由于是流固耦合仿真,后处理时需要查看流体的流动状态,因此需要对每个ALE网格所在的每个Component建立对应的Set集合,相应关键字为ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP。

ALE网格与拉格朗日网格之间要定义接触关系,而且ALE网格与拉格朗日网格所需要定义接触的Component均超过两个,因此需要定义Set集合。

水箱底部全部节点(图中白色的节点)的Set集合

模型中对称面的全部节点(图中白色的节点)定义Set集合:

Groups(接触):
仿真中共定义两对接触:子弹与水箱的接触(拉格朗日网格之间的接触),子弹与水箱的接触:子弹是刚体为主面,水箱为柔性体为从面,接触类型为SurfaceToSurface,关键字为CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE,FS静摩擦系数为0.2,FD动摩擦系数为0.2。子弹、水箱与水、空气的接触(拉格朗日网格与ALE网格的接触),ALE网格为主面,拉格朗日网格为从面,接触类型为4号关键字,FRIC摩擦系数为0.15,其它具体信息可以查看关键字手册。

水箱底部约束1、2、3自由度(实体单元只有3个自由度)与Air所在Component的ALE网格外侧NONREFLECT的边界条件

定义子弹沿X轴正方向-800m/s的初速度载荷与所有Component关于Y轴的对称边界条件。

ALE控制卡片:

接触控制卡片:

能量卡片控制:

沙漏控制卡片:

壳单元卡片控制:

仿真分析时间控制卡片:

分时间步长控制卡片:

输出分析帧数控制卡片:

实体单元控制卡片:

仿真分析结果:

仿真分析动画:

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