高速沖擊問題的光滑粒子流體動力學的數(shù)值計算.pdf

1、無論是古代還是現(xiàn)代,沖擊問題在人類的生活過程中都扮演了非常重要的角色。當前,人類發(fā)明的各種交通工具和太空探測儀器給人類的生產(chǎn)生活帶來了很大方便,但隨著生活節(jié)奏的不斷加快,人類生產(chǎn)的工具或儀器都朝著高速方向發(fā)展,這種高速給人們帶來快感的同時,也引起許多高速沖擊隱患,如車禍,鳥撞,太空碎片沖擊太空探測器等。揭示高速沖擊問題本質,可以為排除這些隱患尋找到理論依據(jù),因而對高速沖擊問題進行研究具有極高的學術價值和應用價值。高速沖擊問題均伴隨著物質

2、的大變形,導致利用傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法研究這些問題時遇到很多挑戰(zhàn)。本文選擇光滑粒子動力學方法(SPH)這一具有諸多優(yōu)勢的無網(wǎng)格方法來研究高速沖擊問題。
　　本文應用傳統(tǒng)的ANSYS/AUTODYN軟件中SPH求解器對鋁球沖擊鋁板、Taylor Bar沖擊問題、鋼球沖擊鋁板三個問題進行數(shù)值模擬。對鋁球沖擊鋁板過程中破口的研究結果顯示,隨著沖擊速度的增加,破口直徑會增大,在一定沖擊速度范圍內(nèi)破口尺寸幾乎隨著速度增大而成線性變化,但當速度大于

3、某個值時,破口尺寸不再增大。基于本文對破口尺寸的研究內(nèi)容,對前人提出的破口尺寸的經(jīng)驗公式進行修正。對鋼球沖擊鋁板的問題進行分析,詳細討論了鋁板發(fā)生塑性變形和破壞效應與鋼球的速度、直徑、以及鋁板自身厚度的關系。在研究Taylor Bar沖擊問題過程中,發(fā)現(xiàn)Taylor Bar接觸面的變形過程跟實際情況有很大差異,并且隨著變形過大因為能量誤差過大而導致計算無法順利進行,鋁球沖擊鋁板問題中粒子主要集中分布在沖擊前段且分布不均勻。
　　針

4、對SPH求解器里出現(xiàn)的問題,本文在SPH理論基礎上,加入粒子自適應算法、溫度能量函數(shù)與人工應力,編寫SPH計算程序,對高速沖擊問題進行數(shù)值計算。對Taylor Bar沖擊問題計算的結果與文獻的實驗結果進行對比,結果顯示,本文對SPH方法的相關改進是正確可行的。計算過程中,能量誤差問題在一定程度上得到了解決,且Taylor Bar變形過程與實際過程更加接近。對二維和三維的鋁球沖擊鋁板問題的計算結果表明,自適應粒子分布算法使得飛濺的粒子分布