项目名称: 弹体侵彻混凝土的FEM-SPH耦合算法研究

项目编号: No.11502099

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 卞梁

作者单位: 江苏科技大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 弹体侵彻混凝土问题一直都是武器研制和工程防护部门研究的重点,数值模拟是人们研究侵彻过程和侵彻机理的一种重要手段。本项目以发展高效高精度数值计算方法为目标,开展弹体侵彻混凝土问题的FEM-SPH耦合算法研究。该算法结合了有限元法计算效率高和光滑粒子法适宜处理大变形的优势,在计算过程中,当有限元法遇到困难(如单元发生畸变)时,能自动将单元转换为粒子参与计算。对耦合算法中不同材料界面的接触计算,以及单元与粒子界面的耦合计算等关键问题开展研究,开发具有较高精度和效率的计算程序。在混凝土侵彻模拟中,合理的材料模型是计算结果有效的重要前提,在理论分析和实验研究的基础上,提出一种新的混凝土动态拉伸损伤模型。通过引入材料模型并改进现有SPH方法,使程序能更加合理自然地模拟侵彻过程中混凝土的破碎、开裂,得到更接近实际的侵彻图像。该程序的开发可为人们研究混凝土抗侵彻机理和结构防护设计提供重要指导。

中文关键词: 光滑粒子;有限元;耦合算法;混凝土;侵彻

英文摘要: The problem of projectile penetration into concrete has always been the research focus for weapons development and engineering protection department. Numerical simulation is an important means of the penetration process and penetration mechanism study. The project is aim to develop high efficiency and high precision numerical method, and the coupled FEM-SPH algorithm is proposed for the simulation of the projectile penetration into concrete. The method combines the advantage of both FEM and SPH. During the calculation, it can automatically convert the elements to particles when FEM encounter some difficulties such as the element distortion. By studying some key issues such as the contact interface computations of different materials, and the method for dealing with the element-particle interface, a high accuracy and efficiency computational program is to be established. In the numerical simulation, reasonable material model is an important prerequisite for the effectiveness of the computational results. On the basis of theoretical analysis and experimental research, a new dynamic tensile damage model of concrete is to be developed. By inserting the material models to the program and improving the existing SPH method, the simulation of the concrete fracture will be more reasonable in the process of penetration, and the penetration images will be more close to actual. The development of the program can provide important guidance for people to study concrete penetration mechanism and structure protection design.

英文关键词: smoothed particle hydrodynamics;finite element;coupling method;concrete;penetration

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