基于LS-DYNA的土壤侵彻过程研究

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基于LS-DYNA的掘进武器前级聚能侵彻分析

１２１０２
作者简介：袁志华（９３）男，授，１６一，教主要从事武器弹药的新原理、新概念研究。
２
四川兵工学报
ｈｔ：／ｃｇｊｕｓｒ．ｏ／ｔ／ｓｂ．ｒｅｖｃｒｐｏｎ
１ｍ，药直径为１．ｍ，凝土靶板长４ｍ，度４ｃ装１４ｃ混０ｃ高
Ｐ＝∑Ｐ（）６
射流对靶板的总侵彻深度为
ＪＣ在反混凝土、Ｐ钢筋混凝土弹药中有很好的应用前景。理想的ＪＣ在充分拉伸后头尾速度差很小，Ｐ甚至为零。聚能产生的金属射流如图２所示。
３前级聚能射流侵彻模型的建立
射流侵彻混凝土模型可分为流体模型阶段和流体一弹塑性模型阶段，者是指混凝土介质的强度不起作用，流前射与靶板均类似于流体，者是指靶板介质的强度不能忽略，后需要考虑强度对侵彻的影响，板介质不能看作流体。这２靶个阶段以流体模型判别准则来区分。掘进武器系统前级聚能射流侵彻装置接触地面后，置装前端的壳体分开，在有一定炸高的情况下，彻装置开始工侵作。在这样的条件下建立掘进武器系统前级聚能射流
射流侵彻混凝土掩体进行数值模拟，并结合理论计算，不在
同设计方案中选择了最佳方案，为掘进武器系统的进一步优化提供参考依据。
条件，少引起Ｈｕｇｓ很ｏｒａｓ效应，声小，ｌ噪已发展为一种常用的接触界面算法。分布参数法是Ｂｒｎ等在１８ｕｔｏ９２年首先应用于ＴＮＯＥＳＲ分析程序中的，与节点约束法相比，这种算法具有较好的网格稳定性，因此被ＤＮＹＡ采用。这种算法主要

基于ANSYS／LS—DYNA的破片侵彻靶板有限元建模

ｐｏｏａｓｏｈｏｔｏｆｈｏｒｌｓｎｒｙａｄｍｅｈｎ．ｈｒｃｄｒｏｓｓｓｏｅｔｎｐｅｅｎｔｉｕｅｅｅｔｇｒｐｓｌｎｔｅｃｎｒｌｏｕｇａｓｅｅｇｎｓｉｇＴｅｐｏｅｕｅｃｎｉｔｆｓｔｉｇｕｌｍｅｔａｔｂｔ，ｓｌｃｉｒｎｍａｅｉｌｔｒａｄ１ｄｆｎｎｈｏｔｏｆｈｕｇａｓｅｅｇｎｓｉｇｅｃｍｏｅ．ｅｉｉｇｔｅｃｎｒｌｏｏｒｌｓｎｒｙａｄｍｅｈｎｔ．Ｋｅｗｏｄ：ｎｔａｉｎＦａｍｅｔＭｏｅｉｇＦｎｔｌｍｅｔｎｌｓｓＡＮＳｙｒｓＰｅｅｒｔｏ；ｒｇｎ；ｄｌｎ；ｉｉｅｅｅｎａｙｉ：ａＹＳＬＳＤＹＮＡ／．
ＢａｅｎＡＮＳＳＬＳ— ＹＮＡｓｄｏＹ／ — Ｄ
ＺＨＡＮＧｉｏ．Ｘａｐｏ．ＷＡＮＧｕａＧｎｇ— ｎ．ＧＵ０ｙａＺｈｉｙｉｇ — ｎ
（ｐ．ｆｑｉｍｅｔｏＤｅｔｏｕｐｎｍｍａｄ＆ＭａａｅｎｎｉｅｒｇＯｄａｃｎｉｅｒｇＣｏｌｇ，ｈｉｚｕｎ，５０３ＣｉａＥＣｎｎｇｍｅｔｇｎｅｉｒｎｎｅＥｇｎｅｉｌｅＳｉａｈａｇ０００，ｈｎ）Ｅｎｎｅｊ
元分析，从建模过程中的设置单元属性、材料模型选取、沙漏能控制和网格划分分析，为Ｌ — ＳＤＹＮＡ求解破片侵彻靶板问题建立有限元模型。

对LS-DYNA中混凝土HJC模型的探讨

第３Ｏ卷第２期２０１３年４月
吉
林
建
筑
工

程
学
院
学
报
Ｖｏｌ＿３０Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ
２：ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆＡｏｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｅｅｎｉｒｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ１３０１１８；
用；但对其在爆炸荷载作用下结构动力分析的能力却研究不足．本文介绍了ＨＪｃ混凝土材料模型的基本原理及建立模型模拟真实实验，并将软件计算结果与实验数据进行了对比．结果表明，｝ＩＪＣ混凝土模型能很好地模拟钢筋混
凝土构件在爆炸荷载作用下的动力响应．关键词：混凝土ＨＪＣ模型；数值模拟；有限元
ｂａｓｉｃｐｉｒｎｃｉｐｌｅｓｏｆｔｈｅＨＪＣｃｏｎｃｒｅｔｅｍａｔｅｉａｒｌｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｅｎｃｒｅａｔｅａｍｏｄｅｌｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｈｅｔｒｅａｌｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔ，ａｎｄ

用LS-DYNA模拟柱状弹丸侵彻薄钢板过程

文章编号：０３—１５（０９）５— ０１４１０２Ｉ２０Ｏ０９ —０
用Ｌ．ＹＡ模拟柱状弹丸侵彻薄钢板过程ＳＤＮ
郑鑫，焦志刚
（阳理工大学装备工程学院，宁沈阳１０５）沈辽１１９
摘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要：根据破片模拟弹侵彻钢板的理论研究，用ＡＳＳＬ — ＹＡ对破片模拟弹侵采ＮＹＳＤＮ
ｍｏｄｅ：ｔｅｒｏｓｅｌａｍｒ
穿甲动能弹以直接命中目标并以其自身的碰由于弹丸侵彻靶板的过程比较复杂，大量其击动能毁伤装甲目标，坦克、如舰艇、机和其它的中间过程如弹、的相对速度，飞靶弹靶接触面运动有坚固装甲的防御工事等… ．目前，对这种高速弹规律，力分布与传播，应能量和动量的转化等难以
ＬＳ．ＤＹＮＡ．ｓｄＰｒｃｓｉＢａｅｏｅｓＳｍｕｌｔｏｆｒａｉｎ０
ＣｌｄｉａＰｏｅｔｅＰｎｔａｉｇＴｉｔｅＰａｅｙｉｒｌｒｊｃｌｅｅｒｔｈｎＳｅｌｌｔｎｃｉｎ
ＺＮＧＸｉＪＡＯＺｉａｇＨＥｎ，Ｉｈ — ｎｇ
２００９年１０月
沈阳理工大学学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＯＮＳＯＦＳＩＨＥＮＹＡＮＧＬＧＯＮＧＵＮＩＩＶＥＲＳｎ
Ｖｏ１．２８Ｎ．５ｏ
第２８卷第５期
Ｏｃ．２Ｏ０９ｔ

基于LS—DYNA的玻璃钢复合板抗侵彻能力分析

ｆｏｌｌｏｗｅｄｗｉｔｈｇｒｅａｔｉｎｔｅｒｅｓｔｄｕｉｎｒｇｔｈｅｄｅｐｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｐｒｏｒｅｇｓｓ．Ｔｈｅａｔｉｒｃｌｅｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｂｏｕｔｆｒａｇ — ｍｅｎｔｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｔａｒｇｅｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｇｌａｓｓｉｂｆｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓＣＯＢ－ｐｏｓｉｔｅｂｏａｒｄ，ａｍｍｕｎｉｔｉｏｎａｎｄｇｒｅｎａｄｅｓｈｒａｐｎｅ１．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｂｙｕｓｉｎｇｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｒａｇｍｃａｌｌｅｄＩＳ－ＤＹＮＡ，ｍｅｓｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｎｃａｍｓｈａｆｔｗａｓｐｒｏｒｅｇｓｓｅｄ，ａｆｔｅｒａｐｐｌｙｉｎｇｌｏａｄａｎｄｂｏｕｎｄａｙｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃａｌ — ｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔａｎｔｉ — ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇｌａｓｓｉｆｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｏａｒｄｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｌａｒｅｓｕｈｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｉａｒｌｃｈｏｓｅｎｆｏｒｂａｔｔｌｅｉｅｆｌｄｄｅｐｏｔｆｕｌｌｙｍｅｅｔｓｄｅｐ— ｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃｄｅｍａｎｄａｎｄｂａｔｔｌｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｌａｓｓｉｂｆｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ；ａｎｔｉ — ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｐｅｆｏｒｍａｒｎｃｅ；ＬＳ — ＤＹＮＡ

弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟_冷冰林

第28卷　第3期2008年06月弹　箭　与　制　导　学　报Journal o f P rojectiles,Ro cke ts,M issile s and G uidanceVo l.28　No.3Jun2008弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟＊冷冰林1,许金余1,陈　勇2,樊圣军3(1空军工程大学工程学院,西安　710038;295538部队,四川新津　611430;3西安建筑科技大学,西安　710055)摘　要:关于混凝土侵彻的研究一直是一个很活跃的领域,但由于整个侵彻过程时间极短,实验研究很难对侵彻过程进行全面准确的分析。

文中利用LS-DY NA3D有限元程序对弹丸在不同速率和着角下侵彻混凝土靶进行了三维数值模拟,得到了侵彻的整个图像和主要数据,分析了速率和着角与侵彻深度及破坏情况之间的关系。

研究表明:速率和着角对侵彻深度具有重要影响。

关键词:侵彻;数值模拟;速率;混凝土;弹丸着角中图分类号:O383.2 文献标志码:ANumerical Simulation of Projection Oblique Penetration ofConcrete Under Different VelocityLEN G Binglin1,X U Jinyu1,CH EN Yong2,FA N Sheng jun3(1T he Engineering Institute,A ir Fo rce Eng ineering U niver sity,Xi'an710038,China;2N o.95538U nit,Sichuan Xinjin611430,China;3Xi'an U niversity of A r chitecture T echnolog y,Xi'an710055,China)A bstract:T he research on projectile pene trating into concrete tar get is alway s a realm.But the time of the w ho le pene-tratio n process is very sho rt,w hich makes re sear cher s difficult to give the ge nera l and accurate analysis acco rding to ex-periment.In the paper,projectile penetr ating into concrete ta rge t wa s simulated under the different velo city and ang le of incidence,the whole picture of the penetr ation and main data wa s g ained.Acco rding to resea rch,velocity and angle of incidence plays an impo r ta nt par t in penetration depth.Keywords:penetration;nume rical simulatio n;velo city;concrete;pro jectile incidence1　引言混凝土作为一种重要的工程材料被广泛地应用于各个领域,如何有效地提高混凝土的抗侵彻能力,一直是结构工作者所关注的研究课题。

LS-DYNA动力学分析--炸药在土中爆炸GUI及APDL例子

第九章LS-DYNA动力学分析第四节LS-DYNA范例解析——炸药在土壤内部爆炸分析1．问题描述如图9-1所示，条形炸药设置在混凝土板下方一定距离处的土壤介质中，引爆炸药，试分析条形炸药爆炸后土壤的鼓包运动及混凝土板的运动过程。

图9-1炸药与混凝土板的位置示意图2．建模数值模型由炸药、土壤层、空气和混凝土板4部分组成，其中炸药、土壤和空气3种材料采用欧拉网格建模，单元使用多物质ALE算法，混凝土板采用拉格朗日网格建模，混凝土板与空气和土壤材料间采用耦合算法。

由于是条形炸药，在中心线起爆条件下，不考虑端部效应时，可以将模型简化成平面对称问题。

为了方便建模，采用单层实体网格建模。

数值模型采用cm-g-?s单位制，具体模型尺寸见图9-2所示。

3．分析步骤（1）进入ANSYS界面1）启动ANSYS，弹出ANSYS12.0 Launcher窗口。

2）在Launcher对话框的Simulation Environment下拉列表框中选择ANSYS，在License下拉列表框中选择ANSYS/LS-DYNA。

图9-2模型尺寸图/mm3）在File Management对话框的Working Directory文本框中输入E:\explosion_undergro-und作为工作目录（假设工作目录为E盘），在Job Name文本框中输入explosion_underground作为工作文件名，其他选项用默认值。

单击Run按钮，运行ANSYS程序，进入ANSYS的操作界面。

（2）选择单元类型1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。

2）单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框，在Library of Element Types下拉列表中选择LS-DYNA Explicit和3D SOLID164，单击OK按钮关闭对话框。

基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析

基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析
1、模型建立
利用LS-DYNA分析软件，模拟子弹侵彻靶板问题。

已知条件：根据56式7.62子弹建立模型，钢铅材质；靶板厚度6mm，PE板；靶前速度780m/s。

根据以上条件，模拟侵彻过程中，靶板应力、变形及子弹靶后速度及加速度等重要的参数变化情况。

图1 子弹侵彻靶板三维模型及网格模型
2、靶板应力云图
图2 子弹刚接触靶板
图3 子弹侵入靶板
图4 子弹穿过出靶板
由结果可知，子弹接触靶板到穿过靶板过程中，靶板应力逐步变小，从子弹刚接触时的1013Mpa，到子弹侵入中部时的548.7Mpa，最终子弹穿过时的463.7Mpa，均大于靶板许用应力，故造成靶板被穿透且变形。

3、靶板变形云图
图5 子弹刚接触靶板
图6 子弹侵入靶板
图7 子弹穿过靶板
由结果可知，子弹接触靶板到穿过靶板过程中，靶板变形逐步变大，从子弹刚接触时的1.85mm，到子弹侵入中部时的8.76mm，最终子弹穿过时的16.14mm，故靶板被穿透后的弹孔变形最大为16.14mm。

4、子弹参数变化
图8 子弹速度变化
图9 子弹加速度变化
由结果可知，子弹接触靶板到穿过靶板过程中，子弹速度逐步减小，加速度由大变小。

通过坐标转换，其中子弹入靶速度780m/s，出靶速度750m/s。

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２数值模拟方法
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图１弹体模型（ｍｍ）图２靶体材料压力和体积应变曲线表２靶体材料模型表１弹体材料模型ｏｉｌ＿Ａｎｄ＿Ｆｏａｍ参数（ｇ—ｃ一）Ｊｏｈｎｓｏｎ — Ｃｏｏｋ参数（ｇ— ｃｍ一ｓ）Ｓ
ＴＭ１７９３０
Ｄ４０Ｆａｉ１Ｓｔｒｅｓｓ —９
ＴＲ２９３
Ｄ５０
假设弹体垂直侵彻无限大目标靶板，考虑到结构的对称性，将弹体和靶板都取１／４建模，采用３ＤＳｏｌｉｄ１６４单元，靶板边界条件设为非反射边界１２１３］，建模时弹头分别选取平头、锥头和圆头，三个模型的长度、径均相同，如图１所示。模拟仿真时采用拉格朗日算法，接触类型采用ＳｕｒｆａｓｅｔｏＳｕｆ和Ｅｒｒｏｄｉｎｇ（ＥＳＴＳ），即侵彻接触。弹体材料选取４３４０钢，采用Ｊｏｈｎ — ｓｏｎ — Ｃｏｏｋ模型及Ｇｒｕｎｅｓｉｅｎ状态方程，靶体采用Ｓｏｉｌ＿Ａｎｄ — Ｆｏａｍ模型Ｈ，材料参数详见表１和表２，采用ｇ—ｃｍ一单位制。本构关系
１概述
卜
人们对侵彻问题的研究由来已久，在这方面应用最广泛的当属钢筋混凝土结构，围绕这方面的研究也非常多。然而对于土壤的侵彻研究却很少，一方面原因是应用的场合比较少，另外一方面是因为侵彻过程是一个高速、高温、高压、高应变率并且伴随大变形的过程，采用合适的本构模型来模拟被侵彻物非常重要，但是土壤的性状又非常复杂，历史上虽然提出了很多描述土壤性状的著名模型［１ｌ，但是到目前尚无完备的模型。本文选取了一种描述土壤性状的模型Ｓｏｉｌ＿Ａｎｄ — Ｆｏａｍ，利用通用有限元分析软件ＬＳ — ＤＹＮＡ，对三种不同头部形状的弹体垂直侵彻泡沫土壤过程进行研究，在验证该模型的同时，希望找出土壤侵彻的一点规律。
科技论坛
・８３・
基于ＬＳ — ＤＹＮＡ的土壤侵彻过程研究
徐策
（中航通飞研究院有限公司，广东珠海５１９０４０）摘要：本文通过ＬＳ — ＤＹＮＡ非线性动力学分析软件对三种不同头部形状的弹体垂直侵彻土壤的过程进行了数值仿真，在初速度为５００ｍ／ｓ时获取了弹体侵彻靶板的深度、速度、加速度及能量变化曲线，仿真结果表明：三种不同头部形状的弹性弹体在５００ｍ／ｓ的初速度下侵彻泡沫土壤的深度差别不大，平头弹体的速度损失最快，剩余速度最小，动能的损失最多。关键词：侵彻；能量；数值仿真
２０
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Ｔ＋ｍｅ“‘ ｓ＇
料常数；为等效塑性应变；毒为＝ｌ／ｓ时
的等效塑性应变率；Ｔ ’ ＝二＿，唧为室温
图３弹体位移随时间变化
图４弹体速度随时间变化
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０．３２
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Ｎ０．２６
Ｄ１５Ｃ
Ｃ１．４ｅ一２
Ｄ２０ＥｆＰ１ＳＲ
Ｍ１．０３
Ｄ３０ＳｐｅｃｉｆｉＣＨｅａｔ４．７７ｅ一６
为熔点温度。靶体材料选择Ｓｏｉｌ＿Ａｎｄ — Ｆｏａｍ，压力和体积应变曲线如图２所示。
３数值仿真结果及分析
仿真时弹体初速度设为５００ｍ／ｓ，图３～７分别是垂直侵彻方向弹体的位移、速度、加速度、动能以及内能随时间的变化，在图中将平头、圆头、锥头三种不同弹体以拼音首字母分Ｔｉｍｅ“ ）别简记为ＰＴ、ＹＴ和ＺＴ。Ｔｉｍｅ（）从图３可以看出，锥头弹体与圆头弹体图５弹体加速度随时间变化图６弹体动能随时间变化的侵彻深度几乎相同，平头弹体的侵彻深度略小，但与前两者的差别很小；并且三种弹体到的阻力最大；之后迅速衰减，但在整个侵彻过程中始终大于圆头的侵彻深度与时间几乎成线性关系，这与将弹体近似为刚体的计算弹体，０ — １５ｓ内圆头弹体的加速度大于锥头弹体，但在ｌ５ｓ之结果相差很大阁。从图４可以看出，平头弹体的速度衰减的最快，到后，锥头弹体的加速度又超过了圆头弹体。从图６可以看出，侵彻开
为Ｊｏｈｎｓｏｎ — Ｃｏｏｋ方程：＝［Ａ＋Ｂｇｐ】０＋ｃｌ１ｌ）ｏ — ｒ）式中：为材料屈服极限；Ａ，Ｂ，Ｃ，ｎ，ｍ为材
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