CAE-AUTODYN仿真软件解决方案.docx

ANSYSAUTODYN仿真软件解决方案目录ANSYSAUTODYN解决方案21 产品功能21.1 功能特色21.2 功能描述22 功能应用42.1 破片式战斗部42.2 聚能装药战斗部52.3 穿甲/半穿甲战斗部72.4 子母战斗部9ANSYSAUTODYN解决方案1产品功能1.1功能特色AUTODYN是一个显式有限元分析程序，用来解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题。它提供很多高级功能，具有深厚的军工背景，在国际军工行业占据80%以上的市场。AUTODYN从一开始就致力于用集成的方式自然而有效的解决流体和结构的非线性行为，这种方法的核心在于把复杂的材料模型与流体结构程序的无缝结合方式。其主要特点如下：主要特色：显式有限元（FE）,用于计算结构动力学有限体积运算器，用于快速瞬态计算流体动力学（CFD）无网格/粒子方法，用于大变形和碎裂（SPH）多求解器耦合（如CFD与FE求解器的直接耦合），用于多种物理现象耦合情况下的直接求解具有网格重置和侵蚀技术的Lagrange、ALE、EUler及SPH算法高精度的EUlerFCT以及GodUnoV算法，单、多物质功能Lagrange和Euler的耦合算法先进稳定的自动动态接触算法数值的映射ID2D3D丰富材料模型，同时包括本构响应和热力学大量各向同性、各向异性材料模型、状态方程以及内置材料数据库，包括金属、陶瓷、玻璃、水泥、岩土、炸药、水、空气以及其它的固体、流体和气体的材料模型和数据适合结构动力学、快速流体流动、材料模型、冲击、以及爆炸和冲击波响应分析1.2功能描述AUTODYN能够运用于各种弹的设计分析过程、结构尺寸的分析和终点效应的模拟分析，涉及到材料模型、分析技术、接触等，其具体功能描述如下：材料模型/强度模型b弹性、粘塑性、应变硬化模型、应变率硬化模型、热软化模型b多孔压缩模型、混凝±±壤（DrUCker-Prager,RHT）、分层壳体陶瓷/玻璃（Johnson-Holmquist第三不变量相关模型正交各相异型屈服、正交各向异性实体、正交各向异性壳体/状态方程线性方程、理想气体、MieGruneisun解析多相、列表多相二相液体一气体、炸药、列表多孔介质、P-alpha/失效模型卡最大应力/应变、有效应力/应变、剪切损伤、正交各向异性损伤0JohnsonHolmquist、JohnsonCook正交各向异性应力/应变0Tsai-WuzTasi-HiIk裂纹软化、随机性的/所有的模型可在每一种求解器中使用，所有的模型都可以带侵蚀使用/五种侵蚀准则、用户自定义的侵蚀准则分析技术/显式、瞬态动力学、条件稳定性、亚弹性、非线性、可压缩流体、/动力松弛用于准静态分析、自动接触、自动流体一结构耦合求解器的耦合/欧拉一拉格朗日耦合b快速自动求解、跨越任意网格的接口、和薄结构的耦合b浸水薄壁结构、多孔结构/结构单元间的接合、结构单元和SPH单元的接合/子循环、结构和非结构FE网格的结合对称和网格重新映射/ID直角和球坐标系、2D直角和柱坐标系、3D直角坐标系、3D反射坐标系/网格重分：在求解器内、在求解器间、ID到2D到3D、分区结构求解器/非结构网格、多块结构网格、结构和非结构网格的结合/2D和3D实体单元：轴向和平面实体、六面体（砖）、五面体（楔形）、四面体（四）、ALE（自适应网格重分）/2D和3D面单元：轴向和平面壳单元、四边形单元、三角形单元、层板壳单元、膜单元/梁单元、弹簧单元、阻尼单元、快速大变形单元、精确的极度变形单元、耦合热传导的单元、单元的侵蚀（死亡）、刚性体流体求解器/欧拉求解器、拉格朗日求解器、ALE求解器、2D和3D有限体积,快速精确EUler-FCT求解器、多物质精确EUler-Godunov求解器/材料粘性/强度、自由表面、多块结构接触/完全自动接触、自接触、节点对面的接触、边对边接触/可变形结构对可变形结构的接触、可变形结构对刚性结构的接触/SPH对可变形结构和刚性结构的接触、侵蚀接触、摩擦爆轰模型/自动爆轰逻辑、多点爆轰、2D&3D非线性,大应变、大旋转、弹塑性、粘塑性、碎裂、激波捕获、相变边界条件和载荷/初始条件、平移速度、角速度、重力、任意随时间可变载荷/能量吸收、压力、点载荷、边界载荷、波传播/流体/物质流动入口、流体/物质流动出口/刚性墙、固定、钉扎、平移速度约束、旋转速度约束、角速度约束、用户指定的载荷热/形变加热、热膨胀、热软化、多相转换和多物态、热传导2功能应用AUToDYN软件自1986年首推以来，在二十多年时间里得到持续发展，功能日趋完善，应用更为方便，是国际弹药与爆炸力学等领域研究爆炸、冲击等问题最著名的数值模拟软件，广泛应用于国防工业、科研实验室及教育部门，因其主要功能具有明显的军工应用背景，占据国际军工行业80%以上的市场。常规兵器的弹药战斗部是涉及爆炸、侵彻/冲击以及爆炸冲击波作用问题最多的研究领域，这也成为AUToDYN最为典型的应用领域。国内外的很多研究机构已经应用AUTODYN软件研究各类战斗部的作用机理和终点效应，并作为杀伤、破甲、穿甲、子母式以及其它新型战斗部结构优化设计和毁伤效率评估的辅助设计工具。2.1 破片式战斗部自然破片、半预制和全预制（球、立方体、离散杆）破片是破片式战斗部采用的三种形式。破片式战斗部利用战斗部爆炸后产生的破片对空中、地面目标进行毁伤。采用AUToDYN集成的前处理功能及与其它通用软件完备的数据接口，可非常方便、快捷地创建各种复杂形状的破片式杀伤战斗部，并进行仿真分析。该类战斗部的数值模拟可采用全Lagrange算法（炸药、壳体和破片）或流固耦合算法（炸药为欧拉，壳体、破片为拉格朗日）。AUT0DYN软件具有独特的模拟战斗部壳体破裂形成随机自然破片的功能。下图为某小口径榴弹壳体爆炸膨胀过程的数值模拟和脉冲X光照片对比和全预制破片战斗部的分析。对榴弹壳体可以看出数值模拟结果与试验结果吻合得较好。小口径榴弹壳体爆炸膨胀过程的数值模拟和脉冲X光照片对比全预制破片战斗部爆炸过程数值模拟通过AUToDYN模拟，可以得到破片式战斗部的破片个数、各个时刻空间的分布、速度矢量等需要的量；以及这些破片和目标靶板进行侵彻计算，得到靶板的开口直径与开口深度等我们关心的战斗部毁伤指标。2.2 聚能装药战斗部聚能装药战斗部是利用炸药爆炸驱动金属药型罩压垮形成高速侵彻体，以穿透装甲、混凝土及水中等目标。聚能射流UET)和爆炸成型侵彻体(EFP)是聚能装药战斗部的两种主要类型。由于聚能装药爆炸过程中金属药型罩的大变形，采用AUTODYN多物质欧拉(EuIer-Godunov)算法可模拟射流的形成和对目标侵彻全过程。(JET)()»A(EFP)聚能射流和EFP形成过程典型时刻数值模拟图像聚能射流对水介质侵彻过程某时刻的数值模拟图像AUTODYN软件具有独特的映射(RemaPPing)技术，可实现EUIer-Lagrange的映射。这一技术有效地解决了射流对多种目标的斜侵彻模拟。UTYk3D 3 a Cartixr Dcsnci(b ) Euler-Lagrange 射流映射(a ) Euler方法模拟的射流(c )射流对砖墙斜侵彻模型AUT0DYI3D £0 from Century Dynamicsme 2 OOOE-OOl ms Mts mm. mg. E(d )射流对砖墙侵彻效果Euler-Lagrange的射流形成及映射通过AUTODYN对聚能战斗部的模拟分析，可以得到战斗部的速度、形状等指标；结合设定的目标靶板，计算可以得到具体靶板的破坏情况。2.3 穿甲/半穿甲战斗部动能穿甲弹设计采用AUTODYN软件模拟不同的着速和着角穿甲弹的穿甲能力和跳弹角。下图为鸨芯对钢板的侵彻以及钢弹对铜板的侵彻模拟数值结果。(a)鸨芯对钢板侵彻模拟(b)腱蝴板侵彻模拟鸨芯对钢板的侵彻以及钢弹对铜板的侵彻模拟数值结果半穿甲战斗部是战斗部内带有炸药的战斗部，战斗部在介质中的侵彻规律、结构动态响应以及战斗部介质中的爆炸效应是产品研制中的关键技术。采用SPH算法能很好地模拟战斗部对混凝土靶/钢筋混凝土的侵彻机理，下图为半穿甲战斗部对混凝土/钢筋侵彻混凝土模拟结果。(a)混凝土靶P(b)钢筋混凝土靶半穿甲战斗部对混凝土/钢筋混凝土侵彻模拟通过AUTODYN对穿甲弹和半穿甲弹侵彻不同靶板的模拟分析，可以得靶板的破坏情况，包括侵彻深度、开口直径，以及裂纹等。从而可以计算得到穿透没某一靶板需要弹的数目。2.4 子母战斗部子母弹对对目标群的攻击效果非常好，其中对于子弹的抛撒是子母战斗部的关键技术，中心爆管爆炸抛撒是实现子弹抛撒最常用的方法之一。采用流固耦合方法可模拟母弹壳体破裂和子弹的抛撒。下图为典型子母战斗部开舱与子弹抛撒过程模拟结果。典型的子母弹开舱马抛撒过程模拟计算通过AUToDYN计算可以得到目弹和各个子弹的速度、空间分布后，结合对目标群的侵彻计算，可以得到整个子母弹对目标的毁伤情况。另外也可以通过调整子母弹的参数,可以对比不同参数情况的侵彻情况,从而找到更好的结构尺寸。