胡德安,孙占华,2,朱 婷

(1.湖南大学 特种装备先 进设计技术 与仿真教育 部重点实验 室,湖南 长沙 410082; 2.94647部 队,福 建 福 州 350026)

三维自适应FE-SPH耦合算法在多层间隔金属靶侵彻问题中的应用*

胡德安1,孙占华1,2,朱 婷1

(1.湖南大学 特种装备先 进设计技术 与仿真教育 部重点实验 室,湖南 长沙 410082; 2.94647部 队,福 建 福 州 350026)

鉴于有限元算法不能有效地模拟侵彻过程所产生的金属碎片,本文中基于三维自适应 FE-SPH 耦合算法的基本理论,自主开发了模拟多层间隔金属靶侵彻问题的三维 FE-SPH 耦合计算程序。该程序采用四面体单元对多层间隔金属靶侵彻模型进行初始离散,计算过程中,当四面体单元等效塑性应变超过某一设定值时,单元自动转化为SPH 粒子,并引入有限单元-粒子接触算法和耦合算法,实现大变形和破碎区域采用SPH 方法计算,克服有限元法单元畸变存在的问题。多层间隔靶侵彻算例分析表明,三维 FE-SPH 耦合计算程序采用等效塑性应变作为转化判据计算结果较稳定,并且能够有效地再现侵彻过程中所产生的碎片,能够模拟侵彻碎片对后层靶的毁伤效应。

爆炸力学;FE-SPH 耦合算法;侵彻;等效塑性应变;多层间隔金属靶

弹靶侵彻问题具有广泛的应用背景,在武器射击防护领域通常都需要研究材料或结构在强冲击载荷 作 用 下 的 物 理 特 性 和 相 应 规 律 。 M.J.Forrestal等[1]和 T.Bϕrvik 等[2]研 究 了 子 弹 侵 彻 多 层 间 隔 铝靶实验,得出多层间隔靶具有很好的抗侵彻性能。由于弹靶侵彻问题的实际发生过程非常短暂,涉及了变形、应力以及破坏等参考量随时间的变化规律难以通过实验手段获取,因此数值模拟成为研究此类问题的 重 要 手 段 。……