ANSYSLSDYNA数值模拟霍普金森压杆试验.docx

ANSYS/LS-DYN值模拟霍普金森压杆试验 1 功能概述 大多数材料在强度等力学性质方面都表现出某种程度的加载率或应变率敏 感性， 高幅值短持续时间脉冲和荷载所引起材料力学性质的应变率效应， 对于抗 动载的结构设计和分析是非常重要的。 这些动载来至常规武器侵彻与爆炸、 偶然 爆炸和高速撞击等许多军事和民用事件， 对于这些事件的理论分析和数值模拟必 须知道材料的高应变率强度、断裂特性和应力 - 应变关系等本构性质。要研究材 料在脉冲动载作用下的力学性质的实验设备和实验必须模拟类似现场的应变率 条件， 分离式霍普金森杆被公认为是最常用最有效的研究脉冲动载作用下材料力 学性质的实验设备。 数值模拟是一种依靠电子计算机对工程问题和物理问题乃至自然界各类问 题进行研究的技术。 它利用材料的本构函数， 结合有限元或有限容积的概念， 采 用数值计算和图像显示的方法，因此具有如下优势： （1）检验理论结果是否正确； （2）弥补实验与观测得不足； （3）利用模拟结果，了解非线性过程中的因果关系与主要物理机制； （4）预测在不同初始条件与边界条件下非线性过程的发展情形； （5）数值模拟成本低，可以带来巨大社会经济效益。 由于很多材料的本构性质已经知道， 因此在设计产品时， 可以利用材料的本 构性质通过仿真来模拟复杂的系统。 ANSYS/LS-DYN值模拟霍普金森压杆试验， 就是通过 ANSYS/LS-DYN件 来模拟霍普金森压杆实验， 通过设置弹丸不同速度， 对试件进行研究。 霍普金森 压杆实验分为自由式和分离式两种，本仿真采用分离式的办法。 2 原理简介 2.1 霍普金森压杆实验简介 霍普金森杆实验装置的基本原型最早是由 Hopkinson 提出的， 它可用于测量 冲击载荷的脉冲波形。 1949 年 Kolsky 将压杆分成两段，试件置于输入杆和输出 杆中间， 通过加速的质量块、 短杆撞击或炸药爆轰产生加速脉冲， 利用这一装置 可测量材料在冲击载荷作用下的应力 - 应变关系。 Kolsky 的工作是一项革命性改 进， 现代的分离式霍普金森杆都是在其基础上发展而来， 所以分离式霍普金森杆 也称之为 Kolsky 杆。 在这半个多世纪的时间里，分离式霍普金森杆实验技术得到了大力的发展， 由最初的压缩实验系统发展到拉伸和扭转实验系统甚至是压扭、拉扭复合系统； 其测试材料的种类己由金属发展到非金属， 由韧性材料到脆性材料； 从常温实验 发展到高、低温实验；从较低应变率实验发展到较高应变率实验。 另外， 由于自由式霍普金森杆技术由于能够实验高过载， 速度传感器的标准标定实验技术。 已经成为高 g值加 2.2 ANSYS/LS-DYNA简介 在求解冲击、 爆炸问题时， 只有采用非线性数值算法才能解决。 广泛使用的 有限元程序如 LS-DYNA、 DYTRA、N ABAQU AUTODY专长于求解非线性问题。 DYTRAN可用于爆炸、高速侵彻、船体撞击毁损等分析领域，但是在处理冲击问 题的接触算法上远不如 LS-DYNA全面。 ABAQUS可以分析复杂的固体力学和结构 力学系统， 特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题， 但是对 爆炸和冲击过程的模拟相对不足。 AUTODY用于处理几何和材料大变形的非线 性瞬态动力分析数值模拟，尤其在弹药工程领域应用广泛，可对聚能射流现象、 破甲穿甲弹侵彻靶板的作用机理进行仿真。 LS-DYNA作为世界上最著名的通用显 示动力分析程序， 能够模拟真实世界的各种复杂问题 , 特别适合于求解各种二维、 三维非线性结构的高速碰撞、 爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题， 同时可以 求解传热、流体及流固藕合问题。 1996LSTC 公司与 ANSYS公司合作推出 ANSYS/LS-DYN，A大大增强了 LS-DYNA的分析能力。 ANSYS/LS-DYN序是功能 齐全的几何非线性 (大位移、大转动和大应变 ) 、材料非线性 (140 多种材料动态 模型)和接触非线性 (50 多种)程序。 它以 Lagrange 算法为主， 兼有 ALE和 Euler 算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流 体 - 结构耦合功能； 以非线性动力分