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发布日期:2021-05-11   浏览次数:

显式动力学软件(MPMLab) 

       

显式动力学软件MPMLab是一款采用物质点粒子方法,用于对结构冲击、爆炸、裂纹扩展、流固耦合仿真分析。

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1  显式动力学软件

一、功能特点

 1. 超高速碰撞仿真,如空间碎片防护

 2. 冲击侵彻仿真,如子弹穿甲

 3. 爆炸仿真,如爆轰驱动飞片问题

 4. 流固耦合仿真,如溃坝问题;

 5. 材料毁伤仿真,如金属延性断裂

二、特色优势

 1. 精度验证 克服了传统有限元方法模拟大变形时存在的网格畸变问题,允许结构大变形仿真;

 2. 允许不同的物质点具有不同的本构关系,结合自适应背景网格,具备多物质材料、多尺度问题仿真能力;

 3. 丰富的材料模型:包括多种本构模型、状态方程以及失效模型,满足了材料大变形、非线性仿真的各种场景需求。

三、精度验证

   飞板高速冲击试验物质点法验证

     a. 计算模型

   飞板以一定速度V撞击样品,飞片厚2mm,高56mm;样品厚2mm,高48mm,样品右表面自由。取样品右表面中心点为自由面探测点,如下图所示。采用MPM模拟飞板撞击样品的过程,绘制样品自由面探测点在撞击载荷下的速度-时间曲线,并与实验结果进行对比。

 

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图 2 飞板试验模型示意图

b. 计算结果

将MPM模拟得到的样品自由面速度-时间曲线与实验测得的曲线绘制于同一坐标系下,对比结果如下:

 

图3 样品自由面速度实验曲线与MPM方法模拟比较(440m/s和604m/s)

四、典型案例

   子弹高速倾彻仿真——选取接触物质点算法,Johnson-Cook模型,Mie-Gruneisen状态方程进行侵彻分析。接触物质点算法考虑了弹靶界面之间的接触关系和分离条件,更真实地模拟了弹靶之间的相互作用。

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图4 实验结果,剩余弹度217m/s


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图5 接触物质点法模拟,剩余弹度207.8m/s


  滑块-轨道三维凿削仿真——在高速枪膛和火箭发射轨道表面由于高速滑移接触产生破坏,这种现象一般叫做“凿削”。由于凿削是极端工况下轨道的瞬态损伤过程,很难用常规检测技术进行在线检测,因此采用物质点法(MPM)软件环境,模拟凿削现象的超高速、大变形、弹塑性、高温高压、粒子绝热以及非线性接触等现象。

       

图6 滑块轨道几何模型和应力分布云图


  

图7 不同时刻凿削效应


  金属延性断裂仿真——金属延性断裂行为是工程中普遍关注的问题,但是准确预测裂纹的扩展路径以及断裂载荷仍然是一难题。物质点法具有不需要固定网格连接的特性,相比有限单元法对模拟不连续问题具有较明显的优势。选取合适的脱聚模型预测多孔金属试件的裂纹扩展。

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图8 金属延性断裂模拟对比


  炸药爆炸仿真——炸药的爆轰性能主要研究在炸药爆轰后的压力、速度、温度、爆速性能等,由于历时非常短,一般几十毫秒左右,实验测试难以捕捉整个爆轰过程。采用网格有限元方法仿真存在网格发生畸变和扭曲问题,会造成计算精度和速度严重下降,甚至导致计算过程终止。

  

图9 炸药爆炸仿真

五、行业客户

  高校:西安交通大学

  兵器:重庆嘉陵特种装备有限公司


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