基于FE-SPH自適應(yīng)耦合方法的彈靶侵徹動態(tài)響應(yīng)分析.pdf

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、武器設(shè)計及其防護等領(lǐng)域，通常都需要研究材料或結(jié)構(gòu)在強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間的變化規(guī)律很難通過實驗的手段準確獲取。目前，數(shù)值計算已成為研究此類大變形、高應(yīng)變率、瞬態(tài)動力學問題的重要手段。
　　 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)界面和移動邊界；基于拉格朗日網(wǎng)格的方法常會遇到網(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)來研究彈靶侵徹動態(tài)響應(yīng)問題。FE-SPH采用有限元建立計算模型，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，實現(xiàn)了在小變形區(qū)域采用有限元算法計算，提高計算效率；

3、在大變形區(qū)域采用光滑粒子算法計算，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)分析了二維軸對稱及三維

4、FE-SPH自適應(yīng)耦合算法的計算效率及精度。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驗。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，分別對FE方法、SPH方法及FE-SPH方法的計算結(jié)果進行了對比研究。結(jié)果表明FE-SPH較FEM提高了計算精度，較SPH方法提高了計算效率。
　　 (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)生的碎片及碎片對后層靶的毀傷，