WorkbenchAutoDYN系列教程4

2020/1/10WorkbenchAutoDYN系列教程42020/1/10基础培训四•1、特色技术•2、材料模型2020/1/10•细化正交网格；•指定在I，J和K方向上细化的倍数因子。细化网格2020/1/10细化网格细化网格前细化网格后2020/1/10•粗化正交网格；•指定在I，J和K方向上粗化的倍数因子。粗化网格2020/1/10粗化网格粗化网格前粗化网格后2020/1/10映射AUTODYN-2D1D-WedgeEulerEuler-FCTAUTODYN-2D2D-AxialEulerEuler-FCTAUTODYN-3DEuler-FCTAUTODYN-3DEuler-FCTAUTODYN-2DEulerEuler-FCTAUTODYN-3DEuler-GEuler-FCTALELagrange2020/1/10映射•一个模型结果映射到另一个模型进行求解：–1D到2D轴对称–1D到3D–2D轴对称到3D–3D到3D•映射数据来源：–1D欧拉“楔形”模型–2D欧拉轴对称模型–3D欧拉模型•映射数据用于Lagrange，ALE，Euler和Euler-FCT模型。2020/1/10•由正交网格向非正交网格映射数据；•1D“楔形”到2D轴对称或3D；•2D轴对称到3D；•3D到3D；•Lagrange,ALE,Euler,Euler-FCT；•较长计算时间。映射普通映射2020/1/10•由细化的正交网格向粗化网格映射数据；•仅用于3D到3D；•Lagrange,ALE,Euler,Euler-FCT；•计算速度快。映射体积映射2020/1/10塑性应变的比较映射泰勒杆碰撞试验欧拉(2D)映射到欧拉(2D)2020/1/10射流的形成和侵彻欧拉(2D轴对称)映射到拉格朗日(3D)映射2020/1/10映射MEFP破片形成和侵彻拉格朗日(3D)映射到Euler(3D)拉格朗日欧拉2020/1/10映射爆炸冲击波对建筑物的冲击1D-2D-3D欧拉映射刚性墙10kgTNT4m空气中爆炸2020/1/10最后的材料位置最终的压力云图最终的压力截面图初始材料位置映射第一步2020/1/10•空气中爆炸和传播；•用1D网格进行初始分析；•将1D映射到2D模型；•改变炸药的状态；•继续计算，直到爆轰波到达建筑物；•映射2D模型到3D模型中。映射第二步2020/1/10映射第三步2020/1/10映射曼哈顿-Datasource:RiskManagementSolutionsandSanbornMapCo.城市街区爆炸中的应用2020/1/10AUTODYN读取下面的信息：–I，J，K范围；–每个单元的X，Y，Z坐标；–每一个单元都有一个标志符：•0–单元用结构材料；•1–单元用空气材料；•2–单元用空气材料并且测量该点。映射读入几何数据2020/1/10炸药第四步(Block填充)映射2020/1/10第四步到第三步(网格细化)第三步映射2020/1/10第二步映射第三步到第二步(网格细化)2020/1/10最后的材料位置最终的压力云图最终的压力截面图初始材料位置映射第一步2020/1/10映射第二步第三步第四步2020/1/10第二步第三步第四步映射压力等截面图2020/1/10映射压力等截面图2020/1/10映射压力等截面图2020/1/10映射压力等截面图2020/1/10•1、计算2D楔形爆炸模型；•2、导入3DEuler-FCT模型中计算。映射练习爆炸/映射/Euler-FCT(3D)2D楔形模型3DEuler-FCT模型2020/1/10基础培训四•1、特色技术•2、材料模型2020/1/10基础培训四A.状态方程B.强度模型C.失效模型2020/1/10材料模型•通常，材料在动态载荷下的响应非常复杂，比如：–非线形压力响应；–应变和应变率硬化；–热软化；–各向异性料属性；–拉伸断裂；–复合材料破坏。•一种材料模型不可能经历上面所有的响应；•AUTODYN提供许多模型供用户选择，用户可以根据问题选择适合的模型。2020/1/10材料模型体积变形形状变形平移刚体旋转材料变形2020/1/10材料模型•材料变形用两个独立的阶段来描述•体积应力：由于体积改变(压强)–状态方程(EOS)•偏应力：由于形状改变–强度模型•对于一个固体材料，还需要指定材料失效标准。2020/1/10材料模型•对于线性、弹性应变，应力通过胡克定律计算：–其中和G是常数：其中是拉梅常数；G是剪切模量常数•应力可以分解为静水压力和偏应力：•其中P是静水压力，si是应力偏量iiGVV2i=1,2,3iσ=-P+si32131P2020/1/10材料模型•许多情况应力超过了弹性极限，需要考虑更复杂的材料模型胡克定律一般非线性状态方程强度模型10KPe,PPV3dVdG2dsii...D,T,P,,ssii2020/1/10ShearModulusGYoung’sModulusEPoisson’sRationBulkModulusKShearModulusYoung’sModulusShearModulusPoisson’sRatioShearModulusBulkModulusYoung’sModulusPoisson’sRatioYoung’sModulusBulkModulusPoisson’sRatioBulkModulusE-2G2GGE3(3G-E)2G(1+n)2G(1+n)3(1-2n)9KG3K+G3K-2G2(3K+G)E2(1+n)E3(1-2n)3EK9K-E3K-E6K3K(1-2n)2(1+n)3K(1-2n)材料模型弹性常数2020/1/10材料模型•状态方程–Singlephase–Multi-phase–Compaction–Explosive•强度模型–Hydrodynamic–elastic–Perfectlyplastic–Strainhardening–Pressurehardening–Strain-ratehardening–Thermalsoftening–Orthotropic•失效模型–PlasticStrain–TensilePressure–PrincipalStress/Strain–OrthotropicStress/Strain–Damage2020/1/10压力饱和线液体区域气体区域固体区域液-气共存区域熔化轨迹绝热线雨果线绝热线(p0,v0)体积物化相图状态方程2020/1/10状态方程•这个最简单的状态方程假设压力与内能无关，材料密度变化小，变化过程是可逆的(等熵的)，通常用于固体。Linear状态方程Kp–其中K是材料体积模量，μ是压缩比；–线性状态方程是需要很少的材料数据，但是对于大的压缩情况不太精确。0()12020/1/10状态方程•拉伸状态：Polynomial状态方程eBBAAAPref1033221•压缩状态：eBTTPref02210()12020/1/10状态方程•在Shock状态方程中，采用的参考线形式如下：Shock状态方程2p2p1sususcU•向大多数材料，特别是在非常高的冲击波下，线性方程可以满足：Us=c0+sup2020/1/10状态方程•一些带气孔的材料，在变形过程中由于气孔破裂，导致不可逆转的体积变形，比如：–粉末(用来加工成型用的金属粉末)–混凝土–土壤•这些材料要求状态方程：既允许不可逆转的气孔破裂，也要能计算初始的弹性体积变形和最后的材料状态。•在AUTODYN中，使用三种状态方程来描述：–Porous–Compaction–P-Alpha2020/1/10状态方程•压缩路径通过密度和压强的十个分段线性函数的值来描述(十个点可以不全部使用)；•弹性加载/卸载的斜度是初始声速和完全压实后声速的线性插值。Porous状态方程压强P初始密度弹性载荷塑性压缩参考密度ref密度弹性卸载/重新加载完全压缩2020/1/10状态方程•是porous状态方程的扩展，允许更多的对弹性加载/卸载的斜度的控制；•弹性声速是密度的函数(优于用线性插值)。Compaction状态方程压强P塑性压缩弹性载荷完全压缩弹性卸载/重新加载初始密度参考密度ref密度2020/1/10状态方程•完全压缩材料用Linear、Polynomial或者Shock状态方程来定义；•塑性压缩路径基于一个幂函数，用户可以定义。P-alpha状态方程Necc0PPPP11完全压缩P01pPorosity,c/PePc塑性压缩弹性卸载/重新加载弹性载荷2020/1/10状态方程•方程形式：γIdealGas状态方程shiftP=γ-1ρe+P其中：=理想气体常数，=密度Pshift=初始压强，e=内能•说明：Pshift用来定义小一个初始压强，避免出现数值计算问题。γ2020/1/10状态方程•用来描述高能炸药爆轰产物迅速膨胀；•JWL状态方程是一个经验公式，数据来源于物理实验；•状态方程适用于大多数高能炸药；•爆轰产物的气体压强由下面公式给出：•其中A、B,、R1、R2、w是经验导出常数，=密度，=参考密度，h=/0，e=内能。JWL状态方程eeR1BeR1AP21R2R1wwhwhhh02020/1/10初始平面Dcj状态方程变量爆轰产物反应尺寸未爆炸区域压强PP0体积vv0内能ee0化学能0Q速度up0体积CJ点CJ绝热线V0压强2020/1/10状态方程•JWL模型用于爆炸物质，包括爆炸和气体膨胀阶段：–参考密度，C-J爆轰波速度DCJ–参数A，C-J能量/单位体积ECJ–参数B，C-J压强PCJ–参数R1，参数R2–参数w•自动转成理想气体状态方程。0JWL状态方程2020/1/10状态方程•压缩爆炸主要用于下列两种情况：–如果PBK为零，那么当压缩比μ超过C-J压缩指定的值，单元就开始爆炸；–如果PBK是非零的话，爆炸以前压强为：当压强超过C-J压强BCJPCJ时，单元开始爆炸。压缩爆炸1PPrefBK2020/1/10状态方程•点火和生长模型用来描述炸药的初始阶段；•假设：点火开始于局部过热点，从这些点向外开始生长；•Lee-Tarver状态方程有下面的三个基本部分组成：–对于惰性炸药的一个状态方程(用Shock或JWL形式)；–用JWL状态方程描述反应的爆炸产物；–反应率方程描述燃烧的点火、生长和完成。Lee-Tarver状态方程2020/1/10Steel-HE-Steel目标；铜弹碰撞速度:–2.5km/s–3.0km/s速度为2.5km/s时，没有冲击引爆；速度为3.0km/s时，冲击引爆。状态方程Lee-Tarver状态方程2.5km/s3.0km/s2020/1/10状态方程•描述爆炸物质在不引爆情况下的慢燃(爆燃)过程：–爆炸物质以预定义的燃烧速度点火；•起爆由时间决定。–随后的爆炸物质以下面定义的速率燃烧：•F是材料的燃烧尺寸；•G,c,h(P)是用户输入参数。•线性或压缩固体状态方程•JWL状态方程用于爆炸产物•用于拉格朗日和SPH求解器。SlowBurn状态方程FcG1FhPt2020/1/10燃烧率通过反应率控制状态方程SlowBurn状态方程0.00E+002.00E-014.00E-016.00E-018.00E-011.00E+001.20E+000.00E+002.00E-014.00E-016.00E-018.00E-011.00E+001.20E+001.40E+001.60E+00Time(ms)ReactionRateFSubgrid1-Target1(h=1e20)Subgrid2