高速沖擊下鋼索波動行為SPH模擬研究

趙明基,王發展,黃克鵬

(西安建筑科技大學 機電工程學院,西安 710055)

鋼索的高速沖擊是一種在極短時間內物體間發生的碰撞響應行為。沖擊速度、碰撞角度和材料性能的變化使其波動特性以及沖擊應力特征更為復雜,以現有實驗和有限元等手段分析鋼索高速碰撞響應機制尚存不足。光滑粒子流體動力學(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)在沖擊動力學領域處理大變形特征的動態響應問題中,具有不可替代的優勢[1-3]。因此,利用SPH算法對鋼索高速沖擊問題進行深入探究,研究結果具有潛在的軍用價值。

近年來,國內外學者采用SPH算法對高速沖擊涉及的高應變率、大變形以及流動界面等問題進行了大量研究。Zhang和Liu等[4]將自適應光滑粒子流體動力學方法(ASPH)應用到具有材料強度的動力學問題中,并采用核函數修正法(KGC)對彈丸侵徹靶板問題進行模擬,但緩沖區的邊界粒子的核函數可能會被邊界截斷,產生截斷誤差仍具有不穩定性。Sun等[5]將強可壓縮多相SPH體積自適應從笛卡爾坐標系擴展到援助極坐標系來解決軸對稱問題,但其無法計算拉伸力和剪切力。Wang等[6]采用FEM-SPH耦合方法對強夯引起的直流大變形問題進行數值分析,但該方法在三維計算中較為復雜,精度不高。Markauskas和Kruggel-emden[7]采用DEM-SPH耦合方法對濕法連續篩分進行了數值分析,提出了一種新的表征屏蔽表面的簡單模型,但其無法解決因為粒子缺失而帶來的能量損失問題。Riccardo等[8]采用SPH-FE耦合法對陶瓷基彈道盾牌高速沖擊問題進行模擬,但無法解決表面張力不穩定問題。……