碎片云SPH方法数值模拟中的材料失效模型

邸德宁 陈小伟

邸德宁, 陈小伟. 碎片云SPH方法数值模拟中的材料失效模型[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(5): 948-956. doi: 10.11883/bzycj-2017-0328
引用本文: 邸德宁, 陈小伟. 碎片云SPH方法数值模拟中的材料失效模型[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(5): 948-956. doi: 10.11883/bzycj-2017-0328
DI Dening, CHEN Xiaowei. Material failure models in SPH simulation of debris cloud[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(5): 948-956. doi: 10.11883/bzycj-2017-0328
Citation: DI Dening, CHEN Xiaowei. Material failure models in SPH simulation of debris cloud[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(5): 948-956. doi: 10.11883/bzycj-2017-0328

碎片云SPH方法数值模拟中的材料失效模型

doi: 10.11883/bzycj-2017-0328
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11225213

详细信息
    作者简介:

    邸德宁(1993-), 男, 硕士研究生

    通讯作者:

    陈小伟, chenxiaoweintu@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O385

Material failure models in SPH simulation of debris cloud

  • 摘要: 光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)被广泛应用于薄板超高速撞击碎片云的数值模拟。利用AUTODYN软件中的SPH模块,考察了无失效模型、Grady失效模型和最大拉应力失效模型3种方案下碎片云模拟结果,发现无失效模型时计算结果及材料表现与实验明显不符;相比于Grady失效模型,最大拉应力失效模型下材料更难失效,将小幅度减弱碎片云扩散程度,碎片总数减少,粒子聚集产生更大碎片,碎片云侵彻性能提高,增大模型失效阈值亦有上述表现。相比而言,Grady失效模型计算结果更符合实验,但2种失效模型间差异与撞击工况相关,材料破碎越充分差异越小。
  • 图  1  算例01~03数值模拟结果

    Figure  1.  Simulation results of cases 01-03

    图  2  算例01~07弹丸碎片云碎片识别结果与实验对照[6]

    Figure  2.  Main parts of projectile fragments of cases 01-07 compared with experiments[6]

    图  3  测量点AB压力时间历程

    Figure  3.  Pressure-time curves of gauge points A and B

    图  4  材料失效阈值变化及对应失效规则触发的示例

    Figure  4.  An instance of material failure regulation and its failure threshold-time curve

    图  5  测量点CDE压力时间历程

    Figure  5.  Pressure-time curves of gauge points C, D and E

    图  6  0.01 mg以上碎片累计数量分布

    Figure  6.  Distribution of cumulative number of debris above 0.01 mg

    图  7  模型中轴线上不同失效模型下失效表现不同的粒子点

    Figure  7.  Particles with different failure performance under Grady and max-tension models

    图  8  圆盘中心粒子失效时刻压力的变化

    Figure  8.  Pressure-time curves of the center particles of the disc projectile

    图  9  碎片云碎片识别结果侧视图

    Figure  9.  Side view of debris recognition result of debris clouds

    图  10  0.01 mg以上碎片累计数量分布

    Figure  10.  Distribution of cumulative number of debris above 0.01 mg

    表  1  各算例的设置

    Table  1.   Settings of various cases

    工况 算例 薄板厚度/mm 撞击速度/(km·s-1) 失效模型
    1 01 0.467 6.62
    1 02 0.467 6.62 Grady模型
    1 03 0.467 6.62 最大拉应力模型
    2 04 0.467 4.71 Grady模型
    2 05 0.467 4.71 最大拉应力模型
    3 06 0.972 6.72 Grady模型
    3 07 0.972 6.72 最大拉应力模型
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    表  2  最大碎片球等效直径计算值与实验值对比(单位:mm)

    Table  2.   Comparison of simulation and experiment results of equivalent diameters of the largest fragments (unit in mm)

    工况 Grady模型 最大拉应力模型 实验值
    1 2.82 2.51 2.95
    2 6.23 5.92 6.36
    3 1.30 1.28 1.45
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    表  3  不同临界应变常数下碎片统计信息

    Table  3.   Detail information related to debris statistics under different critical strains

    εc 碎片总数 最大碎片/mg
    0.15 177 832 14.43
    0.30 161 616 22.23
    0.45 152 956 31.21
    0.60 145 480 34.14
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-26
  • 修回日期:  2017-11-08
  • 刊出日期:  2018-09-25

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