高速飞行杆对钢板的侵彻研究仿真(4)
目前应用在穿甲问题上的数值模拟方法主要有两种：有限元法和有限差分法；从描述角度上来说，又可分为Lagarange和Euler型两种。有限元法和有限差分法各有其特点。有限元法可以对计算区于作任意形状的划分，能处理复杂边界。有限差分法采用固定形状网格，对复杂边界形状不便处理，但公式推导却比较简便。在高速冲击领域的数值计算方面，最早是以有限差分法为主，如，有代表性的冲击动力学二文计算程序有TOODY、HELP、HEMP等。但随着有限元的发展和应用，特别是动态有限元的发展和应用，使得在瞬态力学和波动问题中越来越普遍的使用有限元方法。与有限差分方法相比，有限元方法更为规范，对物理边界的适应性也更强、适宜于边界形状复杂或者包含物质界面、材料物性差别较大的物理问题的计算。J.Zukas和W.W.Johnson曾全面而系统的评述了用于高速碰撞的各种数值计算方法，介绍了一些二文和三文冲击力学计算程序。现在具有代表性的结构动力响应的有限元计算程序主要有：DYNA2D、DYNA3D、EPIC-3、ADINA、ABAQUS、MSC.DYTRAN、ANSYS等。
不过数值模拟也有其自身的局限性，这种局限性主要来自物理方面的原因。众所周知，可信的数值模拟结果离不开可开的本构模型。然而在实际应用中，困难的往往不是本构模型本身，而是描述这些模型参数的选取，因为很难找到针对模拟对象的完整的材料动态力学性能数据。穿甲弹高速侵彻靶板引起的材料响应，除了通常意义下的硬化效应外，还有明显的软化效应以及由各种模式引起的损伤和破坏。完整的描述材料的冲击响应行为，尤其是复合材料的冲击响应行为，目前仍有很多困难，这势必会影响数值模拟结果的正确性。此外，穿甲弹在靶板中的高速侵彻贯穿还涉及弹靶界面的处理与计算，与通常意义下的接触界面不同，弹靶界面两侧物质由于剧烈运动和变形，会导致材料的失效和破坏，引起所谓的材料的“销蚀”，因此需要在计算过程中不断修正和重新定义界面，滑移面计算和大畸网格处理，这也是侵彻数值模拟中的难点所在。
1.3 本文的主要工作及论文的组织
本文完成的工作主要体现在如下几个方面：
（1） 对长杆弹侵彻靶板的数值模拟及其相关知识进行了详细的调查，写出了详细的研究报告；
（2） 学习了显式动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA10.0及其前后处理软件LS-PREPOST；
（3） 应用ANSYS/LS-DYNA10.0对高速飞行杆对钢板的垂直侵彻、斜侵彻这一过程进行有限元数值模拟仿真，得出的结果与实验结果进行比较，以验证模型的合理性，然后通过改变弹丸侵彻靶板的角度的过程参数来探讨侵彻角度对侵彻效应和毁伤效应的影响；
根据本文所做的主要工作，本文共分四章，具体体系与组织结构如下：
（1） 第一章为绪论。主要阐述了课题的背景与选题意义、国内外相关研究的状况，简要叙述了本文研究工作的主要内容；
（2） 第二章为基本理论。主要介绍基本侵彻理论、弹靶受力关系和有限元分析的基本理论
（3） 第三章通过对高速飞行杆对钢板的垂直侵彻、斜侵彻这一过程进行有限元数值模拟仿真，详细描述了弹靶侵彻作用过程，并研究了侵彻角对穿甲性能和毁伤效应的影响。
（4） 第四章为结束语，对本论文的主要工作、不足之处和论文完成过程中的一些体会做了一个小结。