[发明专利]一种基于LS-DYNA的SPH算法破片识别方法

说明书

本发明公开了一种基于LS‑DYNA的SPH算法破片识别方法，首先基于LS‑DYNA计算结果，输出粒子主要数据信息，建立全体SPH粒子数据信息矩阵，然后根据实际情况对全体SPH粒子数据信息矩阵进行镜像，接下来通过全体SPH粒子数据信息矩阵构建表征粒子之间存在相互作用的非独立矩阵，之后通过非独立矩阵筛选所有破片，最后整理各个破片的质量、体积、速度分量与质心坐标等物理量，并输出为一个文本文件。本发明所提出的基于LS‑DYNA的SPH算法破片识别与信息统计方法能够准确地识别LS‑DYNA求解器的SPH算法计算结果的任意大小、材料、类型破片。

技术领域

本发明属于有限元数值模拟技术领域，具体涉及一种基于LS-DYNA的SPH算法破片识别方法

背景技术

在高速/超高速(1.5～11.0km/s)撞击条件下，物体之间相互碰撞过程中会产生大量碎片，杀伤型战斗部爆炸过程中会形成众多大小不一的破片向四周飞散，战斗部侵彻靶板过程中会在靶板背面产生杀伤力极强的靶后破片，以靶后破片为例，靶后破片又称作二次破片，这种高分散性破片云由战斗部碎裂破片和靶板崩落破片组成，研究高速碰撞下二次破片云分布特征,目前较为活跃的领域包括类球弹丸撞击靶板、长杆弹撞击靶板、聚能射流侵彻靶板，EFP侵彻靶板等，这些领域中，重点讨论的二次破片威力场参数包括靶板穿孔直径、破片云前端扩展速度、侧向膨胀速度、最大飞散角以及质量和空间分布等，对毁伤评估、目标易损性分析等方面具有重要参考价值。

近年来，随着二次破片研究领域的发展，数值仿真技术已广泛应用到二次破片的仿真计算中。相对于传统的分析方法和经验方法，数值仿真不仅能够模拟介质间复杂的相互作用，还能够表征形变和断裂等特殊过程，并且可以获得清晰、连续变化的物理图像和各种物理量的变化规律。传统的Lagrange算法、Euler算法等是计算固体力学领域中人们常用的数值仿真算法。但是在高速碰撞过程中材料在瞬间产生大变形，甚至靶板被击穿破裂，弹体和靶体材料的粒子飞溅形成碎片云，其接触界面的处理以及网格大变形带来的计算精度损失乃至计算中断等计算方法上的难题，SPH(SmoothedParticle Hydrodynamics，光滑粒子流体动力学)算法是二十世纪七十年代末期发展起来的一种典型Lagrange无网格数值仿真方法，它通过带质量、动量、能量等的离散节点来构成计算域，不同材料的节点自然地构成界面，材料间的相互作用可以由节点间的相互作用来自然地模拟；同时由于这种方法不需要网格，特别适宜于模拟大变形问题。超高速撞击中的强冲击波使材料表现出如流体一样的性质，伴随着材料大变形甚至破碎，传统网格方法难以求解，而基于流体动力学控制方程的SPH算法则非常适用。

随着二次破片研究的深入，研究范围开始从宏观破片云的相关参数扩充到微观破片个体的相关参数，如破片数量、破片质量、破片速度、破片坐标、破片体积等物理量，目前主流的毁伤领域仿真计算软件中，AUTODYN软件作为前后处理与求解器高度集成化的软件，可以自动统计未失效的破片的各种物理量，但是该软件的求解器计算时间过长，且部分算法有较为明显的局限性，除此之外，其SPH算法功能较为单一，依据几何外形填充SPH粒子的方法难以满足复杂模型的建模和计算需求，相比之下，LS-DYNA求解器的计算速度则高很多，而且其SPH算法功能非常强大，作为其前后处理软件，LS-PREPOST软件提供了多样的填充方式，同时，依据网格填充的方法使得利用SPH粒子构建复杂模型变得轻松，但是LS-PREPOST软件缺乏像AUTODYN软件那样自动统计二次破片相关物理量的功能，面对涉及SPH算法的微观破片个体的相关参数研究需求时，AUTODYN仍然是首选工具。目前，为了解决这样的缺陷，公开号CN103455669B提出了一种基于LS-DYNA计算结果的破片定量信息自动统计方法，该方法通过导出LS-DYNA计算结果，在ANSYS中重建破片场，然后通过检索与某单元相连接的所有的单元再赋予材料编号的方式统计破片的质量、速度和体积等定量信息，但是该方法重建破片场的过程依赖于ANSYS软件的二次输入，且缺乏对破片坐标的统计以及没有考虑到对称计算模型破片叠加过程，最后，破片速度的统计基于节点速度直接平均，无法应对不同材料、大小的混合SPH粒子破片的情况。

发明内容