[發(fā)明專利]一種基于LS-DYNA的二維ALE聚能射流映射三維SPH聚能射流的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310163679.5
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116167297A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭銳;陳佑明;俞旸暉;郭超;王澤昊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/25;G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 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的二維ALE聚能射流映射三維SPH聚能射流的方法，首先基于LS?DYNA的二維ALE算法的聚能射流仿真，得到任意時刻A的射流物質(zhì)節(jié)點坐標(biāo)和網(wǎng)格節(jié)點信息，并設(shè)置SPH粒子尺寸和材料密度，然后由射流物質(zhì)節(jié)點坐標(biāo)提取射流輪廓，并結(jié)合SPH粒子尺寸確定每一個SPH粒子的坐標(biāo)，去除在射流輪廓外的SPH粒子，隨后基于網(wǎng)格節(jié)點信息，賦予每一個SPH粒子的速度、應(yīng)力和應(yīng)變，以矩陣形式表達(dá)，最后添加關(guān)鍵字，輸出后綴名為.k的文本文件。本發(fā)明所提出的基于LS?DYNA的二維ALE聚能射流映射三維SPH聚能射流的方法能夠?qū)崿F(xiàn)將二維ALE算法得到的聚能射流在保留形態(tài)、速度、應(yīng)力和應(yīng)變這些物理量的條件下，映射為三維SPH算法的聚能射流以進(jìn)一步計算。

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的二維ALE聚能射流映射三維SPH聚能射流的方法。

背景技術(shù)

聚能射流穿深大，能夠侵徹并穿透現(xiàn)有的大多數(shù)規(guī)格的裝甲鋼板，同時產(chǎn)生靶后破片，已有的試驗結(jié)果表明，聚能射流靶后破片的殺傷威力不容小覷，是毀傷評估、目標(biāo)易損性領(lǐng)域的重要研究對象，也是武器研發(fā)領(lǐng)域中作戰(zhàn)性能的重要設(shè)計指標(biāo)之一。由于聚能射流及其靶后破片試驗較為危險，成本較高，因此數(shù)值仿真技術(shù)的應(yīng)用可以極大減少人力物力，那么仿真與試驗結(jié)果的匹配便是對數(shù)值仿真技術(shù)的核心價值體現(xiàn)。

由于射流速度梯度大，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，傳統(tǒng)的Lagrange算法和Euler算法在該情況下具有明顯的局限性，具體表現(xiàn)為接觸界面的處理非常困難、網(wǎng)格大變形會帶來計算精度損失甚至計算中斷、難以描述靶后碎片云。

ALE算法（Arbitrary?Lagrangian?Eulerian,任意拉格朗日-歐拉）是一種結(jié)合Lagrange和Euler兩種算法各自優(yōu)點的方法，計算網(wǎng)格具有特殊的移動方式，既不固定，也不依附于流體質(zhì)點，而是可以相對于坐標(biāo)系作任意運動，同時，計算網(wǎng)格不一定描述物體的幾何形狀，而只是用來表征物體可能運動的空間。由于這種描述既包含Lagrange觀點，也保留了Euler觀點，克服了純Lagrange方法常見的網(wǎng)格畸變的不足之處，適用于計算流體或固體的大變形問題，但是對于固體物質(zhì)破碎、斷裂、飛散這類問題則顯得束手無策。

SPH算法（Smoothed?Particle?Hydrodynamics,光滑粒子流體動力學(xué)）是一種典型的無網(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，尤其當(dāng)其中含有固體物質(zhì)破碎、斷裂、飛散的現(xiàn)象時。

而LS-DYNA求解器本身的ALE-SPH耦合算法的計算結(jié)果與試驗結(jié)果匹配程度不足，根據(jù)現(xiàn)有仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三維SPH算法的聚能射流侵徹裝甲鋼板產(chǎn)生靶后破片與試驗結(jié)果匹配程度較好，而且比較理想地克服了侵徹過程中的質(zhì)量不守恒問題。但是，SPH算法本身存在計算成本高，拉伸不穩(wěn)定，粒子較少時出現(xiàn)“過剛”現(xiàn)象等不足，尤其對于大炸高、超高速聚能射流，直接從起爆開始由SPH算法計算，容易出現(xiàn)各種各樣的問題，因此在射流成型過程中采用二維ALE軸對稱算法，而在射流頭部臨近靶板即將進(jìn)行侵徹時，采用三維SPH算法，兼顧了ALE算法適用于描述物質(zhì)流動的劇烈變形的優(yōu)點和SPH算法適用于描述物質(zhì)破碎飛散的優(yōu)點，同時有效降低仿真計算成本，與試驗結(jié)果匹配更好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對LS-DYNA求解器無法實現(xiàn)二維ALE算法映射為三維SPH算法的缺陷，提供一種基于LS-DYNA的二維ALE聚能射流映射三維SPH聚能射流的方法，可以由二維ALE算法計算得到的聚能射流，以保留輪廓形態(tài)、速度、應(yīng)力和有效塑性應(yīng)變這些物理參數(shù)，實現(xiàn)映射產(chǎn)生三維SPH算法的聚能射流，以進(jìn)一步侵徹靶板，產(chǎn)生靶后破片。

實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案為：一種基于LS-DYNA的二維ALE聚能射流映射三維SPH聚能射流的方法，步驟如下：