短型金属复合筒对混凝土的高速侵彻效果研究(3)
2.3数值模拟法
数值模拟是经验公式、理论分析之后的第三种科学研究方法，这种方法是通过一定程序化的算法，模拟现实世界中的模型，经过计算得到结果。由于需要进行大量的计算，因此在计算机发明以前，这种方法没有可行性。1948年，冯•诺依曼发明了计算机，使得数值模拟成为可能。而且计算机发明以来，软硬件技术获得了长足的进步，一方面，硬件技术的发展为科学计算提供了高速计算实体，另一方面，各种算法，如有限元等方法逐渐成熟，新型无网格等算法也逐渐得到了应用，这都为人们认识复杂问题提供了便利，使得对较复杂问题可以采用计算机数值模拟的方法进行研究[9]。与经验公式法相比，数值模拟法更为经济，便利。短型金属复合筒对混凝土的侵彻作用就是一个非常复杂的问题，利用数值模拟方法不仅可以预报侵彻深度、侵彻作用停止时间等结果量，而且对暂时不能从实验中直接观测出来的过程量，如变形弹侵彻侵蚀演化、侵彻阻力的时变分析、侵彻速度等，数值模拟方法也可以较好地进行分析[10]。
本课题采用三文接触有限元方法,通过PROE和HyperMesh进行结构建模和网格离散,采用三文接触单元和力学模型,对短型金属复合筒对混凝土的高速侵彻进行分析, 对侵彻深度和效果进行数值化模拟。
ANSYS/LS-DYNA是能够模拟分析各种复杂问题的通用显示动力分析程序,它以Lagrange算法为主,能够对二、三文的非线性的金属冲压成型及高速冲击碰撞等冲击问题进行求解。与大量的实验分析验证,LS-DYNA的计算结果非常可靠[11]。
LS．DYNA是由J．O．Hallquist博士于1 976年在Lawrence Livermore NationalLaboratory主持开发完成，其最纫被称为DYNA程序，是目前所有显式求解程序的基础代码。其于1989年创建LSTC公司，推出LS．DYNA软件。此后，于1993年、1997年、1999年、2001年、2003年、2009年陆续推出930版、936版、940版、950版、960版、970版、971版。ANSYS收购LS．DYNA软件使用权后，形成ANSYS／LS．DYNA产品。
LS-DYNA功能特点
(1)分析能力：LS-DYNA具有强大的分析能力，可模拟许多二、三文结构的物理特性及力学特性并加以分析；
(2)材料模型：LS-DYNA程序目前有160多种金属和非金属材料模型可供选择，其中还包括自选材料（UDM）,并可考虑材料失效、损伤、粘性、蠕变、与温度相关、与应变率相关等性质；
(3)状态方程：由于对于高速高压碰撞下的结构材料、流体、物质燃烧等有化学反应的过程都必须采用状态方程来描述，所以在LS-DYNA的材料模型中有较多的材料可通过状态方程描述。
(4)单元库：LS-DYNA程序现有16种单元类型，各类单元又有多种理论算法可供选择，单元计算具有速度快、存储量小，可以满足大部分有限元网格划分的需要；
(5)接触分析功能：LS-DYNA具有全自动接触分析功能，并有多种接触类型可以求救工程应用中的接触问题，使用简单，功能强大；
(6)初始条件、载荷和约束；
(7)自适应网格划分；
(8)ALE和Euler列式：可以解决在Lagrange列式中出现的单元严重畸变引起的数值计算困难问题；
(9)SPH算法：可以解决许多常用算法解决不了的问题，适用于高速碰撞、侵彻的数值模拟；
(10) EFG算法：计算大变形问题，避免有限元单元扭曲引起的数值不稳定。
其中LS-DYNA还有其它的一些功能如：边界元法、刚性墙、汽车安全分析、隐式求解等20个功能。正是这些强大的数值模拟功能，使得LS-DYNA几十年来一直是非线性动力分析的核心软件，得到相关领域的专业人员的认可，在民用领域和国防领域得到广泛的应用。