【Abaqus爆炸】 SPH方法分析弹头侵彻爆破

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前段时间分享了用Abaqus CEL方法分析侵彻爆破问题，详情见：

然而有人反馈说欧拉区域填充比较麻烦，而且网格尺寸非常影响材料填充精度。另外，对于复杂结构，仍要求网格是六面体网格；也不支持质量缩放（欧拉单元），这可能是CEL方法的不足。实际上上述侵彻爆破问题可以用SPH方法进行分析，而且SPH方法可以跟普通的拉格朗日单元分析类似进行操作，下面展示SPH方法的使用及注意事项。

1.模型

模型概述：弹头以500m/s撞击靶板，其中PBX装药采用JWL状态方程描述，设置延时起爆及起爆点，同时为了呈现爆炸产物的作用，保留产物不删除。为了方便起见，弹头和靶板采用相同材料，材料参数来自abaqus帮助文档。模型分为15mm的单层靶板和5m三层靶板侵彻爆炸过程，如下图所示：

注意：理论上可以建立1/4或更小的模型，但SPH方法的特殊性，此处我们建立全尺寸模型。

Section：都用Solid即可；

Step  ：显示、动力；

Interaction：通用接触；

网格及SPH转换：对于PBX单元，我们设置C3D8R单元在计算过程中转换为SPH粒子：

             当前选择的是0时刻转换为SPH粒子（其他条件见帮助文档，比如应变、应力或用户最定义条件等）。

2.结果分析

在相同条件下，即弹头速度、延时起爆等情况相同时，CEL和SPH方法的对比结果如下：

虽然大致结果相同，但看起来壳子破裂方式还是有一定的区域别。显示SPH作用过程：

也可以模拟拉格朗日单元温度变化：

当然，SPH粒子密集度可以在上面转换为SPH粒子过程中可以调整。

3.其他问题

▶这类模型能否采用1/2或1/4分析？

   如果采用1/2模型，那么需要施加轴对称边界条件，但目前在CAE界面选择C3D8R转SPH的前提下，针对转换单元的轴对称边界条件会失效，这种情况下计算结果如下：

  这种情况下，可以通过增加刚性面单元或壳单元起到近似轴对称约束。

▶修改Iinp文件生成SPH：

   另一种方法是，先在CAE把模型建好，然后在修改inp关键词直接上次SPH粒子，此时可在轴对称边界定义约束、初始条件、tie约束等，然而需要在关键词添加，且不能直接导入CAE计算，只能通过命令。

   而且，修改inp方法时通用接触可能会失效，需要自定义面接触：*contact inclusions

▶SHP生成方法：

•   实际上有三种方式：1.如本文在CAE设置转换阈值条件； 2. 修改inp文件，包括采用python程序将C3D8R等单元转换为SPH后替换原inp； 3. 采用mass elements，之后直接替换单元类型即可（现在CAE建立mass element，后在inp替换）。

3.结束语

• 由上述简单的算例可知，采用SPH模拟爆炸或高速冲击问题还是比较方便的，但不支持二维情况。跟CEL相比，虽然方便多了，但也有其短板，如帮助文档所描述计算精度可能不如CEL好。
• 可以考虑温度变化，但实际上只有C3D8R, C3D6, C3D4 单元可以转化为SPH，用SPH粒子分析温度升温可能暂行不通；但其他拉格朗日单元可以呈现温度变化。
• 据我所知，CEL及SPH不能同时使用。

免费分享将单元转SPH的python代码，联系：QQ180280578、微信allisforA。