爆炸与冲击中的一些数值仿真方法

1 LSDYNA/Autodyn结果映射

     对于一些大型的模型，如爆炸冲击波对建筑物的破坏等。由于爆炸过程中网格的尺寸效应较为明显，只有很小的网格采用较好的模拟爆炸初期的冲击波，（网格大的话，冲击波的压力峰值会变得很低），但是由于计算机的性能有限，所以我们可以通过先建立1维或者2维的模型，然后通过将1维或者2维的结果导入到3维模型中，方便进行结果查看。如通过先进行2维爆炸的计算，生成map文件，然后用提取到3d模型中计算即可。

Figure 1 LS-DYNA中的二维结果映射到三维

Figure 2 Autodyn中一维结果映射到三维

       还有一些情况如我们需要先用欧拉域计算一些爆炸结果，如金属射流或者EFP等，等计算完成后需要提取结果对靶板进行侵彻，这个时候也可以通过结果映射，将前期计算的结果导入到模型中，完成计算。

Figure 3 射流的计算

Figure 4 射流结果提取并进行侵彻计算

2 网格填充及映射

在计算爆炸问题的时候，经常有一些异形炸药的结构，其网格比较难以划分，在autodyn和LS-dyna中都提供又基于一种几何映射的网格划分方式。对于dyna可以通过*initial_volume_fractioan_geometry进行几何的映射。在autodyn中可以通过在欧拉域通过fill by part的操作进行模型网格的转化。

3 LSDYNA中的DEM方法

对于一些沙土问题、材料混合搅拌等，其具有离散性质，其颗粒不均匀性，在仿真模拟中较难建模。可以使用sph方法进行建模，其计算时间会较长单元与单元之间没有强度，但是有阻尼和摩擦，这种情况下使用DEM（离散元）方法是最合适的。

Figure 5 LS-DYNA中的DEM方法

4 Autody中SPH和拉格朗日耦合

      SPH能够较好的模拟混凝土等一些脆性材料，但是其计算时间较长，所以我们会在模拟一些问题的时候在需要考察的关键部位采用sph粒子，在其他区域采用FEM的网格即可，通过对SPH粒子和FEM网格之间定义好接触和绑定，即可完成SPH和FEM网格的耦合，即减少了计算时间，又能够得到计算所需要的效果。

Figure 6 Autodyn中SPH和FEM耦合

总而言之，在爆炸冲击计算过程中，有很多的计算方法，其宗旨在于更精确的结果，更高的计算效率和更方便的建模。

来源：CAE技术资讯

作者： 卞晓兵