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1、彈靶侵徹問題的研究有著廣泛的工程應(yīng)用背景。在材料科學(xué)、武器設(shè)計(jì)及其防護(hù)等領(lǐng)域,通常都需要研究材料或結(jié)構(gòu)在強(qiáng)沖擊載荷作用下的物理特性和響應(yīng)規(guī)律。而彈靶侵徹問題的實(shí)際發(fā)生過程非常短暫,涉及的變形、應(yīng)力以及破壞等參量隨時(shí)間的變化規(guī)律很難通過實(shí)驗(yàn)的手段準(zhǔn)確獲取。目前,數(shù)值計(jì)算已成為研究此類大變形、高應(yīng)變率、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題的重要手段。
雖然目前已經(jīng)有多種數(shù)值方法應(yīng)用于求解彈靶侵徹問題,但這些方法都還存在一定的困難:基于歐拉網(wǎng)格的方法
2、往往難于追蹤物質(zhì)界面和移動(dòng)邊界;基于拉格朗日網(wǎng)格的方法常會(huì)遇到網(wǎng)格畸變的困難;而眾多的無網(wǎng)格方法則大都有計(jì)算效率過低的缺陷。所以,為了滿足彈靶侵徹問題研究的需要,必須發(fā)展更為有效的數(shù)值方法來克服上述困難。
本文采用有限元-光滑粒子自適應(yīng)耦合算法(FE-SPH)來研究彈靶侵徹動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題。FE-SPH采用有限元建立計(jì)算模型,在變形過程中大變形單元自適應(yīng)轉(zhuǎn)化為光滑粒子。從而,實(shí)現(xiàn)了在小變形區(qū)域采用有限元算法計(jì)算,提高計(jì)算效率;
3、在大變形區(qū)域采用光滑粒子算法計(jì)算,更好地描述材料大變形,免除了網(wǎng)格畸變帶來的困擾。以下為本文開展和完成的主要工作:
(1)研究了二維軸對(duì)稱及三維FE-SPH自適應(yīng)耦合算法的基本理論,并在此基礎(chǔ)上編寫了計(jì)算程序。本文研究了有限元、SPH方法的傳統(tǒng)算法以及FE-SPH自適應(yīng)耦合算法相關(guān)理論,包括:有限單元轉(zhuǎn)變?yōu)镾PH粒子的轉(zhuǎn)化算法、粒子搜索算法、單元邊界與粒子的接觸算法及耦合算法等。
(2)分析了二維軸對(duì)稱及三維
4、FE-SPH自適應(yīng)耦合算法的計(jì)算效率及精度。本文采用二維和三維FE-SPH方法分別模擬了混凝土靶和鋁靶的侵徹實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分別對(duì)FE方法、SPH方法及FE-SPH方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明FE-SPH較FEM提高了計(jì)算精度,較SPH方法提高了計(jì)算效率。
(3)采用三維FE-SPH自適應(yīng)耦合算法模擬分析了多層間隔金屬靶的侵徹問題。結(jié)果表明FE-SPH方法可有效地模擬侵徹過程中產(chǎn)生的碎片及碎片對(duì)后層靶的毀傷,
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