ANSYS AUTODYN在水下爆炸模拟中的应用

发布日期:[08-11-30 22:03:48] 浏览人次:[]

DYN的部件激活、抑止技术

3.部件(PART)激活、抑止技术

舰载设备冲击安全性的强弱直接影响舰船的战斗力和生命力。冲击波、气泡脉动以及空泡水锤效应等对舰船结构的影响是瞬间的,而设备在冲击载荷下的响应时间却很长,达到几秒或十几秒。另一方面,在获得船体的冲击载荷后,再研究设备的抗冲击性能时,水的存在对计算结果的影响微乎其微,因此有必要在某个时刻抑止流体这个部件,不让其参与计算,从而提高计算效率。ANSYS AUTODYN利用这种激活技术减少整个有限元模型的计算时间。

4.丰富的材料模式及材料库

通常,材料在动态载荷下的响应非常复杂,如非线性压力响应、应变及应变率硬化、热软化、各向异性材料属性、拉伸失效以及复合材料破坏。

针对不同问题,ANSYS AUTODYN 提供了状态方程、强度模型、失效/破坏模型以及侵蚀模型等多种材料模型供用户模拟材料的动态响应过程,如图5所示。

图5 ANSYS AUTODYN材料库中材料的各种参数

此外,ANSYS AUTODYN内嵌有近300种军工行业常用的材料,如空气、铝、铁、硅、铜、黄金、各种合金、炸药、沙子、水、玻璃、橡胶、尼龙以及混凝土等,这些材料均有现成的参数,无需用户再定义,为用户提供了方便。

用户在进行水下爆炸分析时,可以在ANSYS AUTODYN材料库中选择合适的炸药、水、空气以及结构材料模型和参数,如图6所示。

图6 ANSYS AUTODYN材料库中的各种材料

5.并行求解技术

ANSYS AUTODYN提供了两种并行求解技术,即SMP(共享内存式并行)和MPP(分布式并行)。经测试,其并行加速比和扩充性能良好,已在实际大规模工程仿真分析中得到了广泛应用。在解决远场水下爆炸等大规模问题时,可充分利用ANSYS AUTODYN优异的并行计算技术提高分析效率。

二、ANSYS AUTODYN水下爆炸典型应用

1.爆炸冲击波的传播及对舰船结构的冲击影响

水下爆炸对水面舰艇的冲击仿真过程,如图7所示。

图7 水下爆炸对舰艇的结构冲击

爆轰冲击波在水和空气两种介质中传播,并与船体发生耦合,船体侧舷在冲击波的作用下发生了明显的变形,本次分析采用的是Euler-Godunov算法。

2.气泡脉动的模拟

有研究表明,爆炸冲击波过后,爆炸产物形成的气泡含有47%的能量,在周围水介质的作用下膨胀和压缩,产生滞后流和脉动压力,对舰船纵向总体产生屈曲破坏和大变形,并引起低频安装设备的破坏。ANSYS AUTODYN的高阶Euler求解器能精确地模拟气泡的膨胀、压缩、溃灭以及气泡收缩而形成的射流,如图8所示。

图8 距爆心30cm测量点的压力时历曲线

ANSYS AUTODYN高精度的Euler求解器、丰富的材料模式、完全的Euler-Lagrange耦合算法、结果映射Remap技术、部件激活技术以及完善的并行求解技术等,极大地提高了水下爆炸数值模拟的精度和效率,赢得了众多军工用户的好评。

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