用Abaqus模擬子彈侵徹問題
2017-03-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
侵徹是在軍工上非常普遍出現(xiàn),又很重要的現(xiàn)象。在侵徹的過程中,通常侵徹目標和侵徹物均會發(fā)生材料失效,同時隨著界面處材料的失效其接觸面在不斷的改變,下面將通過一顆子彈高速沖擊鋼板的例子,來展示如何在Abaqus中對這類問題進行建模和分析,以及材料模型在這類問題中的選擇和Abaqus如何來處理不斷改變的接觸面等這類復雜的問題。
1. 問題描述
(1)模型介紹
一顆子彈以2000m/s的速度沖擊鋼板并發(fā)生侵徹,子彈尺寸如圖1所示,鋼板長5m,寬3m,厚0.4m,子彈軸線與鋼板上表面法線夾角20゜。
圖1 子彈與鋼板模型
(2)材料屬性
在模擬侵徹問題時,由于分析過程中涉及到較高的應變率,因此需要將材料模型應以為應變率相關材料;此外,為了模擬侵徹過程中材料的破壞,采用延性及剪切破壞的應變來定義材料的損傷。具體材料參數(shù)如下:
-
密度:7800Kg/m3
-
彈性模量:2.1E11
-
泊松比:0.3
表1塑性參數(shù)
屈服 應力 |
塑性 應變 |
應變率 |
屈服 應力 |
塑性 應變 |
應變率 |
屈服 應力 |
塑性 應變 |
應變率 |
屈服 應力 |
塑性應變 |
應變率 |
7.76E+08 |
0 |
0 |
7.99E+08 |
0 |
0.01 |
8.08E+08 |
0 |
1 |
8.12E+08 |
0 |
100 |
8.09E+08 |
0.01 |
0 |
8.31E+08 |
0.01 |
0.01 |
8.42E+08 |
0.01 |
1 |
8.50E+08 |
0.01 |
100 |
8.29E+08 |
0.02 |
0 |
8.55E+08 |
0.02 |
0.01 |
8.69E+08 |
0.02 |
1 |
8.82E+08 |
0.02 |
100 |
8.42E+08 |
0.03 |
0 |
8.74E+08 |
0.03 |
0.01 |
8.93E+08 |
0.03 |
1 |
9.09E+08 |
0.03 |
100 |
8.66E+08 |
0.06 |
0 |
9.16E+08 |
0.06 |
0.01 |
9.46E+08 |
0.06 |
1 |
9.74E+08 |
0.06 |
100 |
8.83E+08 |
0.1 |
0 |
9.55E+08 |
0.1 |
0.01 |
9.98E+08 |
0.1 |
1 |
1.04E+09 |
0.1 |
100 |
8.95E+08 |
0.15 |
0 |
9.89E+08 |
0.15 |
0.01 |
1.05E+09 |
0.15 |
1 |
1.10E+09 |
0.15 |
100 |
9.10E+08 |
0.25 |
0 |
1.04E+09 |
0.25 |
0.01 |
1.12E+09 |
0.25 |
1 |
1.19E+09 |
0.25 |
100 |
9.22E+08 |
0.4 |
0 |
1.09E+09 |
0.4 |
0.01 |
1.19E+09 |
0.4 |
1 |
1.28E+09 |
0.4 |
100 |
9.53E+08 |
2 |
0 |
1.28E+09 |
2 |
0.01 |
1.49E+09 |
2 |
1 |
1.70E+09 |
2 |
100 |
7.91E+08 |
0 |
0.001 |
8.05E+08 |
0 |
0.1 |
8.10E+08 |
0 |
10 |
8.15E+08 |
0 |
1000 |
8.24E+08 |
0.01 |
0.001 |
8.35E+08 |
0.01 |
0.1 |
8.46E+08 |
0.01 |
10 |
8.55E+08 |
0.01 |
1000 |
8.46E+08 |
0.02 |
0.001 |
8.63E+08 |
0.02 |
0.1 |
8.76E+08 |
0.02 |
10 |
8.88E+08 |
0.02 |
1000 |
8.63E+08 |
0.03 |
0.001 |
8.84E+08 |
0.03 |
0.1 |
9.01E+08 |
0.03 |
10 |
9.17E+08 |
0.03 |
1000 |
8.99E+08 |
0.06 |
0.001 |
9.33E+08 |
0.06 |
0.1 |
9.60E+08 |
0.06 |
10 |
9.87E+08 |
0.06 |
1000 |
9.31E+08 |
0.1 |
0.001 |
9.78E+08 |
0.1 |
0.1 |
1.02E+09 |
0.1 |
10 |
1.06E+09 |
0.1 |
1000 |
9.58E+08 |
0.15 |
0.001 |
1.02E+09 |
0.15 |
0.1 |
1.07E+09 |
0.15 |
10 |
1.13E+09 |
0.15 |
1000 |
9.95E+08 |
0.25 |
0.001 |
1.08E+09 |
0.25 |
0.1 |
1.15E+09 |
0.25 |
10 |
1.23E+09 |
0.25 |
1000 |
1.03E+09 |
0.4 |
0.001 |
1.14E+09 |
0.4 |
0.1 |
1.24E+09 |
0.4 |
10 |
1.33E+09 |
0.4 |
1000 |
1.17E+09 |
2 |
0.001 |
1.39E+09 |
2 |
0.1 |
1.60E+09 |
2 |
10 |
1.81E+09 |
2 |
1000 |
表2 延性損傷參數(shù) |
表3 剪切損傷參數(shù)(Ks=0.03) |
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圖2 應變率相關材料設置 圖3 剪切損傷演化設置
(3)分析步設置
分析步選擇顯式動力學(Dynamic,Explicit),求解時間為1E-3s。
(4)邊界條件
-
對下圖所示鋼板區(qū)域定義PINNED約束;
圖5 鋼板約束區(qū)域 圖6 PINNED約束
-
對子彈定義初速度,方向沿子彈軸線;
圖7定義初速度
-
定義接觸。在侵徹過程中,子彈不僅與鋼板表面接觸,而且隨著損傷的出現(xiàn)和演化,與鋼板內部均有可能發(fā)生接觸,因此這類問題中需對所有模型定義通用自接觸。
-
結果分析
通過對整個侵徹過程的結果進行觀察分析,可以得到鋼板在不同時刻的破壞形式。
0.25ms時刻的應力云圖 0.5ms時刻的應力云圖
圖8 侵徹過程
3. 小結
Abaqus軟件在模擬子彈侵徹鋼板這類高度非線性問題方面具有較大的優(yōu)勢,再加上合適的網(wǎng)格密度以及材料塑性條件和損傷準則,可以非常準確的模擬侵徹問題。
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