[發(fā)明專利]一種基于LS-DYNA的SPH算法破片識別方法

在審

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• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115099120A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭銳;陳佑明;楊貴濤;俞旸暉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F111/10
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種基于LS?DYNA的SPH算法破片識別方法，首先基于LS?DYNA計算結(jié)果，輸出粒子主要數(shù)據(jù)信息，建立全體SPH粒子數(shù)據(jù)信息矩陣，然后根據(jù)實際情況對全體SPH粒子數(shù)據(jù)信息矩陣進行鏡像，接下來通過全體SPH粒子數(shù)據(jù)信息矩陣構(gòu)建表征粒子之間存在相互作用的非獨立矩陣，之后通過非獨立矩陣篩選所有破片，最后整理各個破片的質(zhì)量、體積、速度分量與質(zhì)心坐標等物理量，并輸出為一個文本文件。本發(fā)明所提出的基于LS?DYNA的SPH算法破片識別與信息統(tǒng)計方法能夠準確地識別LS?DYNA求解器的SPH算法計算結(jié)果的任意大小、材料、類型破片。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有限元數(shù)值模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LS-DYNA的SPH算法破片識別方法

背景技術(shù)

在高速/超高速(1.5～11.0km/s)撞擊條件下，物體之間相互碰撞過程中會產(chǎn)生大量碎片，殺傷型戰(zhàn)斗部爆炸過程中會形成眾多大小不一的破片向四周飛散，戰(zhàn)斗部侵徹靶板過程中會在靶板背面產(chǎn)生殺傷力極強的靶后破片，以靶后破片為例，靶后破片又稱作二次破片，這種高分散性破片云由戰(zhàn)斗部碎裂破片和靶板崩落破片組成，研究高速碰撞下二次破片云分布特征,目前較為活躍的領(lǐng)域包括類球彈丸撞擊靶板、長桿彈撞擊靶板、聚能射流侵徹靶板，EFP侵徹靶板等，這些領(lǐng)域中，重點討論的二次破片威力場參數(shù)包括靶板穿孔直徑、破片云前端擴展速度、側(cè)向膨脹速度、最大飛散角以及質(zhì)量和空間分布等，對毀傷評估、目標易損性分析等方面具有重要參考價值。

近年來，隨著二次破片研究領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)值仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用到二次破片的仿真計算中。相對于傳統(tǒng)的分析方法和經(jīng)驗方法，數(shù)值仿真不僅能夠模擬介質(zhì)間復(fù)雜的相互作用，還能夠表征形變和斷裂等特殊過程，并且可以獲得清晰、連續(xù)變化的物理圖像和各種物理量的變化規(guī)律。傳統(tǒng)的Lagrange算法、Euler算法等是計算固體力學(xué)領(lǐng)域中人們常用的數(shù)值仿真算法。但是在高速碰撞過程中材料在瞬間產(chǎn)生大變形，甚至靶板被擊穿破裂，彈體和靶體材料的粒子飛濺形成碎片云，其接觸界面的處理以及網(wǎng)格大變形帶來的計算精度損失乃至計算中斷等計算方法上的難題，SPH(SmoothedParticle Hydrodynamics，光滑粒子流體動力學(xué))算法是二十世紀七十年代末期發(fā)展起來的一種典型Lagrange無網(wǎng)格數(shù)值仿真方法，它通過帶質(zhì)量、動量、能量等的離散節(jié)點來構(gòu)成計算域，不同材料的節(jié)點自然地構(gòu)成界面，材料間的相互作用可以由節(jié)點間的相互作用來自然地模擬；同時由于這種方法不需要網(wǎng)格，特別適宜于模擬大變形問題。超高速撞擊中的強沖擊波使材料表現(xiàn)出如流體一樣的性質(zhì)，伴隨著材料大變形甚至破碎，傳統(tǒng)網(wǎng)格方法難以求解，而基于流體動力學(xué)控制方程的SPH算法則非常適用。

隨著二次破片研究的深入，研究范圍開始從宏觀破片云的相關(guān)參數(shù)擴充到微觀破片個體的相關(guān)參數(shù)，如破片數(shù)量、破片質(zhì)量、破片速度、破片坐標、破片體積等物理量，目前主流的毀傷領(lǐng)域仿真計算軟件中，AUTODYN軟件作為前后處理與求解器高度集成化的軟件，可以自動統(tǒng)計未失效的破片的各種物理量，但是該軟件的求解器計算時間過長，且部分算法有較為明顯的局限性，除此之外，其SPH算法功能較為單一，依據(jù)幾何外形填充SPH粒子的方法難以滿足復(fù)雜模型的建模和計算需求，相比之下，LS-DYNA求解器的計算速度則高很多，而且其SPH算法功能非常強大，作為其前后處理軟件，LS-PREPOST軟件提供了多樣的填充方式，同時，依據(jù)網(wǎng)格填充的方法使得利用SPH粒子構(gòu)建復(fù)雜模型變得輕松，但是LS-PREPOST軟件缺乏像AUTODYN軟件那樣自動統(tǒng)計二次破片相關(guān)物理量的功能，面對涉及SPH算法的微觀破片個體的相關(guān)參數(shù)研究需求時，AUTODYN仍然是首選工具。目前，為了解決這樣的缺陷，公開號CN103455669B提出了一種基于LS-DYNA計算結(jié)果的破片定量信息自動統(tǒng)計方法，該方法通過導(dǎo)出LS-DYNA計算結(jié)果，在ANSYS中重建破片場，然后通過檢索與某單元相連接的所有的單元再賦予材料編號的方式統(tǒng)計破片的質(zhì)量、速度和體積等定量信息，但是該方法重建破片場的過程依賴于ANSYS軟件的二次輸入，且缺乏對破片坐標的統(tǒng)計以及沒有考慮到對稱計算模型破片疊加過程，最后，破片速度的統(tǒng)計基于節(jié)點速度直接平均，無法應(yīng)對不同材料、大小的混合SPH粒子破片的情況。

發(fā)明內(nèi)容