搜索用Abaqus模擬子彈侵徹問(wèn)題
2017-03-31 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
侵徹是在軍工上非常普遍出現(xiàn),又很重要的現(xiàn)象。在侵徹的過(guò)程中,通常侵徹目標(biāo)和侵徹物均會(huì)發(fā)生材料失效,同時(shí)隨著界面處材料的失效其接觸面在不斷的改變,下面將通過(guò)一顆子彈高速?zèng)_擊鋼板的例子,來(lái)展示如何在Abaqus中對(duì)這類問(wèn)題進(jìn)行建模和分析,以及材料模型在這類問(wèn)題中的選擇和Abaqus如何來(lái)處理不斷改變的接觸面等這類復(fù)雜的問(wèn)題。
1. 問(wèn)題描述
(1)模型介紹
一顆子彈以2000m/s的速度沖擊鋼板并發(fā)生侵徹,子彈尺寸如圖1所示,鋼板長(zhǎng)5m,寬3m,厚0.4m,子彈軸線與鋼板上表面法線夾角20゜。
圖1 子彈與鋼板模型
(2)材料屬性
在模擬侵徹問(wèn)題時(shí),由于分析過(guò)程中涉及到較高的應(yīng)變率,因此需要將材料模型應(yīng)以為應(yīng)變率相關(guān)材料;此外,為了模擬侵徹過(guò)程中材料的破壞,采用延性及剪切破壞的應(yīng)變來(lái)定義材料的損傷。具體材料參數(shù)如下:
-
密度:7800Kg/m3
-
彈性模量:2.1E11
-
泊松比:0.3
表1塑性參數(shù)
|
屈服 應(yīng)力 |
塑性 應(yīng)變 |
應(yīng)變率 |
屈服 應(yīng)力 |
塑性 應(yīng)變 |
應(yīng)變率 |
屈服 應(yīng)力 |
塑性 應(yīng)變 |
應(yīng)變率 |
屈服 應(yīng)力 |
塑性應(yīng)變 |
應(yīng)變率 |
|
7.76E+08 |
0 |
0 |
7.99E+08 |
0 |
0.01 |
8.08E+08 |
0 |
1 |
8.12E+08 |
0 |
100 |
|
8.09E+08 |
0.01 |
0 |
8.31E+08 |
0.01 |
0.01 |
8.42E+08 |
0.01 |
1 |
8.50E+08 |
0.01 |
100 |
|
8.29E+08 |
0.02 |
0 |
8.55E+08 |
0.02 |
0.01 |
8.69E+08 |
0.02 |
1 |
8.82E+08 |
0.02 |
100 |
|
8.42E+08 |
0.03 |
0 |
8.74E+08 |
0.03 |
0.01 |
8.93E+08 |
0.03 |
1 |
9.09E+08 |
0.03 |
100 |
|
8.66E+08 |
0.06 |
0 |
9.16E+08 |
0.06 |
0.01 |
9.46E+08 |
0.06 |
1 |
9.74E+08 |
0.06 |
100 |
|
8.83E+08 |
0.1 |
0 |
9.55E+08 |
0.1 |
0.01 |
9.98E+08 |
0.1 |
1 |
1.04E+09 |
0.1 |
100 |
|
8.95E+08 |
0.15 |
0 |
9.89E+08 |
0.15 |
0.01 |
1.05E+09 |
0.15 |
1 |
1.10E+09 |
0.15 |
100 |
|
9.10E+08 |
0.25 |
0 |
1.04E+09 |
0.25 |
0.01 |
1.12E+09 |
0.25 |
1 |
1.19E+09 |
0.25 |
100 |
|
9.22E+08 |
0.4 |
0 |
1.09E+09 |
0.4 |
0.01 |
1.19E+09 |
0.4 |
1 |
1.28E+09 |
0.4 |
100 |
|
9.53E+08 |
2 |
0 |
1.28E+09 |
2 |
0.01 |
1.49E+09 |
2 |
1 |
1.70E+09 |
2 |
100 |
|
7.91E+08 |
0 |
0.001 |
8.05E+08 |
0 |
0.1 |
8.10E+08 |
0 |
10 |
8.15E+08 |
0 |
1000 |
|
8.24E+08 |
0.01 |
0.001 |
8.35E+08 |
0.01 |
0.1 |
8.46E+08 |
0.01 |
10 |
8.55E+08 |
0.01 |
1000 |
|
8.46E+08 |
0.02 |
0.001 |
8.63E+08 |
0.02 |
0.1 |
8.76E+08 |
0.02 |
10 |
8.88E+08 |
0.02 |
1000 |
|
8.63E+08 |
0.03 |
0.001 |
8.84E+08 |
0.03 |
0.1 |
9.01E+08 |
0.03 |
10 |
9.17E+08 |
0.03 |
1000 |
|
8.99E+08 |
0.06 |
0.001 |
9.33E+08 |
0.06 |
0.1 |
9.60E+08 |
0.06 |
10 |
9.87E+08 |
0.06 |
1000 |
|
9.31E+08 |
0.1 |
0.001 |
9.78E+08 |
0.1 |
0.1 |
1.02E+09 |
0.1 |
10 |
1.06E+09 |
0.1 |
1000 |
|
9.58E+08 |
0.15 |
0.001 |
1.02E+09 |
0.15 |
0.1 |
1.07E+09 |
0.15 |
10 |
1.13E+09 |
0.15 |
1000 |
|
9.95E+08 |
0.25 |
0.001 |
1.08E+09 |
0.25 |
0.1 |
1.15E+09 |
0.25 |
10 |
1.23E+09 |
0.25 |
1000 |
|
1.03E+09 |
0.4 |
0.001 |
1.14E+09 |
0.4 |
0.1 |
1.24E+09 |
0.4 |
10 |
1.33E+09 |
0.4 |
1000 |
|
1.17E+09 |
2 |
0.001 |
1.39E+09 |
2 |
0.1 |
1.60E+09 |
2 |
10 |
1.81E+09 |
2 |
1000 |
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表2 延性損傷參數(shù) |
表3 剪切損傷參數(shù)(Ks=0.03) |
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圖2 應(yīng)變率相關(guān)材料設(shè)置 圖3 剪切損傷演化設(shè)置
(3)分析步設(shè)置
分析步選擇顯式動(dòng)力學(xué)(Dynamic,Explicit),求解時(shí)間為1E-3s。
(4)邊界條件
-
對(duì)下圖所示鋼板區(qū)域定義PINNED約束;
圖5 鋼板約束區(qū)域 圖6 PINNED約束
-
對(duì)子彈定義初速度,方向沿子彈軸線;
圖7定義初速度
-
定義接觸。在侵徹過(guò)程中,子彈不僅與鋼板表面接觸,而且隨著損傷的出現(xiàn)和演化,與鋼板內(nèi)部均有可能發(fā)生接觸,因此這類問(wèn)題中需對(duì)所有模型定義通用自接觸。
-
結(jié)果分析
通過(guò)對(duì)整個(gè)侵徹過(guò)程的結(jié)果進(jìn)行觀察分析,可以得到鋼板在不同時(shí)刻的破壞形式。
0.25ms時(shí)刻的應(yīng)力云圖 0.5ms時(shí)刻的應(yīng)力云圖
圖8 侵徹過(guò)程
3. 小結(jié)
Abaqus軟件在模擬子彈侵徹鋼板這類高度非線性問(wèn)題方面具有較大的優(yōu)勢(shì),再加上合適的網(wǎng)格密度以及材料塑性條件和損傷準(zhǔn)則,可以非常準(zhǔn)確的模擬侵徹問(wèn)題。
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