基于LS-DYNA的弹体入水动力学仿真研究

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CAE-LS-DYNA水下爆炸数值仿真

多物质组分的初始化
DYNA程序提供多物质组分的初始化功能流体算法对网格质量要求很高全六面体网格！流体物质的网格离散质量直接关系到求解精度DYNA里面的多物质流体网格可保持最佳质量*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY基于模型现有结构或是自定义几何构形来分配全六面体映射网格界面单元可以实现不同组分的插值分配处理避免流体传输常见的“负体积”等数值错误，保证分析精度
LS-DYNA水下爆炸数值仿真
程序发展概况
背景及地位◆ LS-DYNA系列为国际主要的显式非线性动力分析程序, 广泛用于冲击、碰撞、爆破及流固耦合研究，为北约新武器开发的重要工具。◆ LS-DYNA程序被公认为是显式有限元分析的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。◆ 丰富的接触碰撞算法和卓越的多物质流固耦合功能使其在分析高度瞬态非线性问题时具有其它软件无法比拟的优势。◆ 军工系统爆轰分析的首选软件，事实上的行业标准。
式中：ω、A、B、R1、R2是输入参数，适用于各种凝态炸药。
水或空气的状态方程
Jones-Wilkins-Lee 状态方程
*EOS_LINEAR_POLINOMIAL*EOS_GRUNEISEN*EOS_IDEAL_GAS
水下爆炸涉及的命令
多物质及耦合关键字*section_solid_ale (选择单元算法)*control_ale（指定物质输运算法）*ale_multi-material_group_options （多物质ALE(Euler)分析时指定）*initial_void_options （单物质+空PART时指定）*contact_sliding_only_options 炸药采用Lagrange描述*constrained_lagrange_in_solid 炸药采用ALE或Euler描述，结构采用Lagrange描述*initial_detonation 单点、多点、线起爆*control_explosive_shadow 隔爆、绕爆

基于ANSYS_LS_DYNA的示位标入水冲击仿真分析

* 收稿日期： 2011－11－15
·15·
·抗恶劣环境设计与试验技术·
电子机械工程
2012 年 4 月
件在研究入水、碰撞、跌落、爆炸等复杂非线性动力学分析中得到了广泛的应用，大量用户的仿真结果与实验结果的一致程度较高，且在设计前期进行数值分析较为灵活，适应性强，对结构详细设计有重要的指导意义。基于上述背景，本文采用有限元软件 ANSYS / LSDYNA 对示位标入水过程进行有限元建模及数值分析，试图得到示位标在不同姿态、速度下入水的冲击载荷参数，指导其后继的结构优化设计。
电子机械工程
Electro－Mechanical Engineering
Vol． 28． No． 2 Apr． 2012
基于 ANSYS / LS-DYNA 的示位标入水冲击仿真分析*
蒋克强1 ，张遵鸥1 ，张培成2
（ 1．中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴 314033； 2．东岳搬运机械有限公司，山东泰安 271000）
图 2 示位标倒立入水模拟
由分析可知最大冲击加速度随入水速度的增大基本呈线性增大趋势；但当入水速度大于一定数值时，单次冲击的加速度曲线不再是一个典型的冲击波，而是出现震荡减小现象，如图 3 所示，这也导致冲击时间随着入水速度的增大而减小，但当速度增大到一定程度后，冲击时间减幅趋缓，如图 4 所示。
倒立入水时，大端面首先接触水面，撞水面积比竖直入水大，示位标受到比竖直入水更大的冲击，但冲击时间接近，可见减小入水冲击的接触面可有效降低冲击载荷。 2． 2 水平入水
如图 5 所示，当水平落入水中时，示位标大端面（节点 472 所在面）的边缘首先撞水，受到冲击力后减速入水，水面向上的反作用力使示位标产生旋转，另一端因旋转导致入水速度增加，故当另一端（节点 757 所在面）也接触水面时，其入水速度比首先接触水面的节点速度大，受到更大的冲击载荷，如图 5 所示。故在对示位标进行结构设计时，要考虑到不同姿态入水可能引起的最大冲击载荷，并对相应薄弱部位的结构做加强设计。

基于ANSYS_LS_DYNA的加筋板入水冲击仿真

设计与应用计算机测量与控制.2010.18(6) Com puter Measurement &C ontrol#1401#中华测控网chinamca.co m收稿日期:2009-12-08; 修回日期:2010-01-20。

作者简介:王生武(1966-),男,博士研究生,工程师,主要从事系统可靠性与故障诊断技术以及系统结构动态响应分析方向的研究。

石秀华(1945-),女,山东省临沂市人,教授,博士生导师,主要从事系统可靠性与故障诊断技术以及系统结构动态响应分析方向的研究。

文章编号:1671-4598(2010)06-1401-03 中图分类号:T P39119文献标识码:A基于ANSYS/LS -DYNA 的加筋板入水冲击仿真王生武1,石秀华1,王永虎2,魏照宇1(11西北工业大学航海学院,陕西西安 710072;21中国民航飞行学院,四川广汉 618307)摘要:采用ANSYS/LS -DYNA 有限元分析软件数值模拟入水冲击问题,重点研究平板类结构体入水冲击数值仿真和冲击荷载作用下的结构动力响应;首先采用ANSYS 前处理器建立平板和十字加筋板入水冲击数值模型,然后通过LS-DYNA 求解器数值计算入水冲击的动力响应,并分析比较了各个模型计算得到的位移、等效应力、压力等变量变化,最后得出以下结论,加筋板具有吸收更多入水冲击能量的作用,且耐撞性更强,结构更偏于安全。

关键词:加筋板;入水;冲击;动态响应;仿真Simulation of Stiffened -plate Water -entry ImpactBased on ANSYS /LS -DYNAWang Shengw u 1,Shi Xiuhua 1,Wang Yo ng hu 2,Wei Zhaoyu1(11College o f M arine,N orthw estern Po lyt echnical U niv ersity ,X i .an 710072,chian;21Civil A viatio n F lig ht U niver sity o f China,Guang han 618307,China)Abstract:Th e process of flat plates impacting w ater is analyzed based on ANSYS/LS -DYNA softw are and especially the dynamic re -s pon ses u nder the w ater-en try im pact load are mainly discus sed in th is paper.Firstly,both m od els of plate are cr eated by the preproces sor ANS YS,in cludin g the flat plate model and the stiffened-plate m odel.Secondly,dynamic responses of the models under th e w ater-entry im pact loads ar e calculated by the nonlinear finite elemen t program LS-DYNA.Th e resultant results an d contrast of some variables,i. e.,press ure,equ ivalent stres s and acceleration are given.Fin ally the conclusions are that the stiffened-plate can effectively disperse the shock -w ave energy of th e impact and also has better capacity of cras hw or th ines s.Key words :s tiffened-plate;water entry;im pact;dynamic res ponse;simulation0 引言结构体入水冲击问题属于流固耦合问题[1],例如鱼雷、水雷、深弹等空投入水,飞机海面迫降,返回舱水面回收等。

基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析

基于LS-DYNA的子弹侵彻靶板仿真分析
1、模型建立
利用LS-DYNA分析软件，模拟子弹侵彻靶板问题。

已知条件：根据56式7.62子弹建立模型，钢铅材质；靶板厚度6mm，PE板；靶前速度780m/s。

根据以上条件，模拟侵彻过程中，靶板应力、变形及子弹靶后速度及加速度等重要的参数变化情况。

图1 子弹侵彻靶板三维模型及网格模型
2、靶板应力云图
图2 子弹刚接触靶板
图3 子弹侵入靶板
图4 子弹穿过出靶板
由结果可知，子弹接触靶板到穿过靶板过程中，靶板应力逐步变小，从子弹刚接触时的1013Mpa，到子弹侵入中部时的548.7Mpa，最终子弹穿过时的463.7Mpa，均大于靶板许用应力，故造成靶板被穿透且变形。

3、靶板变形云图
图5 子弹刚接触靶板
图6 子弹侵入靶板
图7 子弹穿过靶板
由结果可知，子弹接触靶板到穿过靶板过程中，靶板变形逐步变大，从子弹刚接触时的1.85mm，到子弹侵入中部时的8.76mm，最终子弹穿过时的16.14mm，故靶板被穿透后的弹孔变形最大为16.14mm。

4、子弹参数变化
图8 子弹速度变化
图9 子弹加速度变化
由结果可知，子弹接触靶板到穿过靶板过程中，子弹速度逐步减小，加速度由大变小。

通过坐标转换，其中子弹入靶速度780m/s，出靶速度750m/s。

基于LS-DYNA的高速破片水中运动特性流固耦合数值模拟

基于LS-DYNA的高速破片水中运动特性流固耦合数值模拟康德;严平【摘要】基于大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立三维长方体高速破片在水介质中运动的有限元动力分析模型,采用ALE方法对破片在水下运动过程进行流固耦合数值模拟,获得了破片的速度衰减曲线.研究了速度衰减规律、破片墩粗变形规律以及冲击波传播过程.得到高速破片的侵彻能力随速度的变化规律:当初速度大于910～1115 m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,水中侵彻距离随破片初速的增大而增大,当破片速度达到某临界值以后,侵彻距离将随初始速度的增大而逐渐减小.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2014(034)005【总页数】5页(P534-538)【关键词】流体力学;运动特性;ALE方法;高速破片;侵彻能力;水【作者】康德;严平【作者单位】海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】O351.2水下爆炸对目标的破坏除了冲击波作用，高速破片的作用也不可忽视。

爆炸产生的破片初始速度可以达到1 000m／s以上，具有很强的侵彻破坏能力［1］。

破片对典型水下目标结构的毁伤效果主要取决于破片在水中的运动特性和侵彻能力。

研究高速破片在水中的运动特性对于典型水下目标的抗破片侵彻能力设计具有重要意义。

水下物体的高速运动是一个复杂的多相流运动，涉及到大变形、高应变率。

由于理论分析的复杂性和实验研究的高成本，数值模拟以其经济性与高效性日益成为研究的重要手段。

本文中利用ANSYS／LS－DYNA有限元程序对速度在1 000～2 500m／s的立方体破片在水介质中的运动进行了数值模拟，得到了破片的速度衰减曲线，冲击波传播规律。

分析了破片墩粗变形规律及其对侵彻阻力的影响，得到了高速破片的侵彻能力随速度的变化规律。

其计算结果可为水中目标易损性分析提供有益的参考和依据。

基于Ls-Dyna软件的水下弹的外弹道仿真

基于Ls-Dyna软件的水下弹的外弹道仿真
徐健;杨臻;李强
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2016(041)003
【摘要】针对要计算出水中弹道数据，基于Ls-Dyna软件建立了弹－水耦合模型并进行了仿真，水采用MAT_NULL模型和Gruneisen状态方程，弹采用弹塑性材料即MAT_Plastic_Kinematic模型，并在水-弹之间添加控制耦合的关键字，建立了完整的模型，定义了计算模型。

数值仿真结果表明：水下弹速度下降很快，由于升力因素存在偏航现象，同时在弹后空间形成逐步拉长而且径向扩大的空腔，形成负压阻碍弹丸运动。

【总页数】3页(P5-7)
【作者】徐健;杨臻;李强
【作者单位】中北大学机电工程学院，太原 030051;中北大学机电工程学院，太原 030051;中北大学机电工程学院，太原 030051
【正文语种】中文
【中图分类】TJ411.+2
【相关文献】
1.基于 LS-DYNA 软件的爆索空中弹道仿真研究 [J], 万业廷;高建光
2.基于Matlab的某型橡皮动能弹外弹道仿真研究 [J], 朱光涛;马永忠;马志伟;罗忠新
3.基于MATLAB的某一森林灭火弹外弹道仿真与运用 [J], 陈吉潮;王克印;刘耀鹏
4.水下反蛙人火箭弹六自由度弹道仿真 [J], 王金云;王孟军;周晖杰
5.基于一维修正弹外弹道仿真模型的简化方法 [J], 杨莹;李志锋;谢飞;刘佳佳;潘博文
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基于ANSYS／LS—DYNA的圆盘击水弹跳研究

ｉｎＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ
ＣＨＥＮＳｈｉｗｅｉ
（Ｎｏ．７１０Ｒ＆ＤＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＳＩＣ，Ｙｉｃｈａｎｇ４４３００３）
ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＡＬＥｍｅｔｈｏｄｉｎＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｋｉｐｐｉｎｇｄｉｓｋｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｓｋｉｐｐｉｎｇｆｉ — ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｋｉｐｐｉｎｇｏｂｊｅｃｔ，ｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｕｓｅｔｈｅｅｘｉｔｉｎｇｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｔｏｖｅｒｉｆｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ
图１圆盘与水面碰撞过程示意图
动水的流动，跳跃的次数
及近年来新提出的高效突防武器一跨介质飞行器，都是以此为基础的，因此文章从简单物理现象出发，利用数值仿真的方法，着重研究产生滑跳的原因以及实现多次滑跳的条
件。
陈诗伟
（中国船舶重工集团公司第七一。研究所宜昌４４３００３）

子弹垂直入水冲击过载数值仿真方法

子弹垂直入水冲击过载数值仿真方法
刘雨;王雨时;闻泉
【期刊名称】《探测与控制学报》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】针对子弹入水冲击过载影响子弹正常作用的问题，提出了采用ANSYSY/LS-DYNA 软件研究子弹垂直姿态入水冲击的数值仿真方法。

该方法可以反映出子弹的入水过程，得出子弹不同入水速度的冲击过载响应值。

仿真结果表明：在垂直姿态入水过程初期，子弹的入水姿态不会发生明显变化，入水冲击过载峰值与入水速度之间为线性关系，随入水速度的增大而增大。

【总页数】4页(P64-66,71)
【作者】刘雨;王雨时;闻泉
【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094【正文语种】中文
【中图分类】TJ430
【相关文献】
1.着速和着角对水雷入水过载影响的数值仿真分析 [J], 石汉成;蒋培;程锦房
2.水声对抗子弹入水冲击响应仿真 [J], 邦志辉;刘荣忠;郭锐;张俊
3.爆炸冲击过载对随进子弹影响的仿真与分析 [J], 李国邓;王平;薛鑫莹
4.90°锥头弹丸不同速度下垂直入水冲击引起的空泡特性 [J], 黄振贵;王瑞琦;陈志
华;侯宇;罗驭川
5.大型飞机机身垂直入水冲击特性数值研究 [J], 张旭;刘沛清;屈秋林
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基于LS-DYNA的储油平台液体晃荡仿真模拟

基于LS-DYNA的储油平台液体晃荡仿真模拟
基于LS-DYNA的储油平台液体晃荡仿真模拟
胡建祥;曹亦农;高健;王晓喆
【期刊名称】《科协论坛：下半月》
【年(卷),期】2011(000)007
【摘要】利用动力分析软件LS-DYNA对储油导管架平台在波浪载荷下的液体晃荡现象进行了仿真模拟。

分析了储油舱装载率变化及激励频率对计算结果的影响,给出了储油舱动压力变化规律。

算例表明仿真模拟的可行性和有效性,为工程中储油导管架平台的设计提供了参考。

【总页数】2页(P.96-97)
【关键词】导管架储油平台;液体晃荡;结构动压力;波浪载荷;流固耦合
【作者】胡建祥;曹亦农;高健;王晓喆
【作者单位】;
【正文语种】英文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.基于LS-DYNA的储油平台液体晃荡仿真模拟[J], 胡建祥; 曹亦农; 高健; 王晓喆
2.基于LS-DYNA软件的降落伞充气过程仿真研究 [J], 贾贺; 荣伟; 陈国良
3.基于LS-DYNA的降落伞伞衣织物透气性参数仿真验证 [J], 贾贺; 荣伟; 陈国良
4.基于LS-DYNA的弹体入水动力学仿真研究 [J], 宋盼盼; 赵捍东; 吴建萍
5.基于ANSYS/LS-DYNA的某型训练弹跌落强度流固耦合仿真分析[J], 孙卓;。

基于LS_DYNA的弹体撞水过程流固耦合动力分析

引言
1
结构物撞水的研究，对于解决鱼雷、反潜导弹、深水炸
弹、破障炮弹入水的运动，宇宙飞船返回舱的水上回收，水
上飞机的起降等工程实际问题具有重要意义
[1-2]
。当结构物
与流体发生撞击作用时，不但流体会对结构物产生强大的撞
击作用力，结构物的运动和形变也会对流场产生显著的影
响，因此两者之间存在着强烈的流固耦合作用。而高速弹体
博导，研究方向为飞行器导航、制导与控制；林鹏(1978-), 男, 辽宁本
溪人, 讲师, 博士后，研究方向为飞行器结构设计、导弹先进控制理论
与应用。
单元网格与结构是重合的，网格随着结构的变形而变形。但
是，对于流固耦合问题，材料流动将造成有限元网格的严重
畸变，引起数值计算困难，导致仿真计算无法完成。为此，
考虑到弹体的高速运动，这样得到的流场区域往往很大，为
了将求解时间控制在可以接受的范围内，需要对时间步长进
行严格控制。
对于 LS-DYNA 程序的显式时间积分算法，若给定了模
型的材料特性，则仿真的最小时间步长由最小单元尺寸控
制：对于给定的网格划分，
min
Δt 取决于材料的纵波速，它
是材料性质的函数（密度、弹性模量和泊松比）。由于仿真
我们采用 LS-DYNA 程序的 ALE (Arbitrary Lagrange-Euler )
列式来解决这个问题。ALE 列式先执行一个或几个 Lagrange
时步计算，此时单元网格随材料流动而产生变形，然后执行
ALE 时步计算：首先，保持变形后的物体边界条件，对内
部单元进行重分网格，网格的拓扑关系保持不变，称为

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摘
要：运用动力学有限元软件ＬＳ．ＤＹＮＡ，采用ＡＬＥ算法分别对平头弹体和圆头弹体在速度７５．４～１４２．７ｍ／ｓ范围
入水角３Ｏ。、６０。和９０。环境下进行了数值模拟，得到了两种头型弹体在入水初期的弹道轨迹和空泡形状、自由液面变化及飞溅效应。研究了头型及入水角度对弹体轨迹、速度的影响，分析了入水压力峰值随速度的变化，给出了速度与阻力系数的关系式。通过对比实验数据，模型的计算结果和实验结果吻合得较好，为入水弹体头型设计、抗冲击设计和材料选择提供了有价值的参考。关键词：流固耦合：入水；数值模拟；ＡＬＥ算法中图分类号：ＴＪ６文献标志码：Ａ中图分类号：１６７２－４８０１（２０１３）０５－０１６－０３２
２．０
０一。７～一１ｊ￣一＋一９晕５ｓ．４ｐｍ／ｓＱｐＩ一 ≥ ～ｊ … ≮ 一。 ‘ ｙ … … … ｔ一一－ ’ －．／＇／。～ｊｒ一 ’ ‘
本文水和空气的状态方程都选用Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ状态方程。该方程定义空气域和水域压缩材料的压力为：
作者简介：宋盼盼（１９８６一），女，在读硕士研究生，主要研究方向为入水动力学。
１６
机电技术
２０１３年ｌ０月
基于ＬＳ－ＤＹＮＡ的弹体入水动力学仿真研究
宋盼盼赵捍东吴建萍２
（１．中北大学机电工程学院，山西太原０３００５１；２．中国船舶重工集团公司第７１０研究所，湖北宜昌４４３００３１
本文利用非线性动力学有限元软件ＬＳ — ＤＹＮＡ，分别研究了不同角度、不同速度下和不
同头部形状对弹体入水过程弹道稳定性、入水载荷、入水阻力系数的影响。为了将问题简化，弹体以零攻角在水中航行时，其速度远小于水中声速，可以将水视为不可压缩、无旋、有势，不计粘性的流体【３】，计算过程中忽略重力的影响。
（ａ）四分之一模型（ｂ）二分之一模型
模型如图１所示。弹体选用拉格朗日实体单元，＊ＭＡＴＲＩＧＩＤ材料模型，采用单点积分的实体单
图１弹体仿真模型
表１水和空气参数
元算法，空气和水域采用的是实体欧拉单元并且采用多物质ＡＬＥ１１号单元算法。水和空气都选用
ＭＡＴＮＵＬＬ材料模型。弹体材料为３８ＣｒＳｉ钢，弹径为１２．６５ｍｍ。平头弹体长２５．４ｍｍ，圆头弹体头部为半径为６．３２５ｍｍ的半球形，圆柱部长ｌ６．９７ｍｍ，两种头型弹体质量均为２２．５２ｇ。平头
ＥｕｌｅｒｉａｎＭｅｔｈｏｄ），同时采用２阶精度的ＶａｎＬｅｅｒ＋ＨａｌｆＩｎｄｅｘ物质输运方式。关闭ＡＬＥＳＭｏＯＴＨ选项，同时为了数值结果的稳定性，增加了人工粘性选项。
１８
机电技术
表２不同头型弹体入水压力峰值ＭＰａ
２０１３年ｌ０月
水角越大，弹体沾湿面积越小。同一头型弹体以相同角度入水时，阻力系数随速度增大的变化趋势近似，其数值增加缓慢。
２．６２．４
经费还可以得到用仪器设备实验尚未得到的新结
果。
弹材料和尺寸参考张伟【４Ｊ等对弹体高速入水特性实验数据。水和空气的材料参数如表ｌ所示。四分之一模型空气域尺寸为１５０ｍｍ￣２００ｍｍ￣１５０ｍｍ，水域尺寸为１５０ｍｍｘ４００～ｍｍｘ１５０１一Ｔｉｍ。二分之一模型空气域尺寸为３００一ｍｒｆｌｘ１５０一ａｍ￣ｒ１５０ｍｍ，水域尺寸为３００ｉｎｌ￣Ｘ１５０ｍｍｘ３００ｍｍ。水和空气的材料参数参考文献［５】。本文模型选用无侵蚀的罚函数耦合算法（ａｒｂｉｎａｒｙＬａｇｒａｎｇｅ．
１仿真模型
数值模型由空气域、水域和弹体三部分组成。计算采用三维实体建模，垂直入水时用四分之一
模型，中心网格加密，３Ｏｏ和６０。入水用二分之一模型，水域、空气域的边界施加透射边界，仿真
研究细长轴对称体带空泡运动时的流体动力特性，对于水下发射技术的研究，弹体入水弹道的预测，入水破障炮弹、火箭深弹入水后的运行
特性及其引信设计，超高速鱼雷设计具有重大意义【ｌＪ。关于入水冲击问题的研究，无论是在理论研究、实验研究上都具有一定的难度【２Ｊ。而利用数值模拟进行仿真试验不仅可以节省大量的研究