钢杆对钢块的侵彻模拟

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1、钢杆对钢块的侵彻模拟1背景侵彻是在军工上非常普遍出现，又很重要的现象。在侵彻的过程中通常侵彻物均会发生材料失效，同时随着界面处材料的失效其接触面也在不断的改变。下面将通过对一钢制侵彻杆高速冲击一个钢制方块的模拟，来展示如何在ABAQUS中对这类问题进行建模和分析，以及材料模型在这类问题中的选择和ABAQUS如何来处理不断改变的接触面等这类复杂的问题。2问题的描述我们模拟的对象是一个钢圆柱以2000m/s的速度对钢块的侵彻过程。由于模型的对称性，我们选取模型的一半进行分析，如图1所示。圆柱的参数，长为10m

2、m，半径为1mm；钢块的长为10mm，半宽为3mm，高为5mm。钢柱轴线和钢块的上表面夹角为20°。在侵彻的分析中，由于涉及到较高的应变率，故而对于应率相关材料，我们输入的材料模型是应变率相关的。同时采用延性及剪切破坏的应变来定义材料的损伤出现准则。图1有限元模型3CAE建模启动ABAQUS/CAE，进入部件“部件”（part）模块。3.1几何模型的创建先创建圆杆，在CAE中创建半圆柱体的方法有很多种，本文采用实体拉伸的方式来创建。a.点击工具箱中的“创建部件”（CreatePart）按钮，如图2,设定该

3、部件为三维（3D）、可变形的实体，通过拉伸来生成。命名为cylindrical。点击“继续”（continue），进入草图绘制。图2创建圆柱体b.在草图绘制区，绘制以（0,0）为圆心，0.001为半径的半圆，即半圆柱的截面。点击工具箱栏“创建圆弧：圆心和两端点”（CreateArc:Centerand2Endpoints）按钮，输入（0,0）作为圆心，以（0.001,0）为起点，（-0.001,0）为终止点。并以这两点为端点建立一条直线。在提示栏出现“为实体拉伸绘制草图”（Sketchthesection

4、forthesolidextrusionDone）后，点击“完成”（Done）按钮。c.在弹出的“编辑基本拉伸”（EditBaseExtrusion）对话框中，输入0.01作为拉伸的深度，点击“确定”（Done），完成半圆柱的创建。d.类似创建圆杆的第一步创建钢块，输入0.02作为“大约尺寸”（Approximatesize）的值，命名为plate。e.进入绘图区，点击“创建线：矩形（四条边）”（CreateLines:Rectangle(4Lines)）按钮，输入（0.005,0.0015）和（-0.0

5、05,-0.0015），创建一个矩形的截面。点击“完成”（Done），完成被撞击面的创建。3.2创建截面属性，材料接下来我们建立材料模型，由于要考虑应变率效益，所以我们的材料是应变率相关的，并且我们将延性损伤准则和剪切损伤准则加入到材料模型中。a.进入“属性”（Property）模块，点击工具箱栏中的“创建材料”（CreateMaterial）按钮，在“编辑材料”（EditMaterial）对话框中，输入Steel作为材料的名称。b.选择“通用”（General）�“密度”（Density），输入7800

6、作为密度，选择“力学”（Mechanical）�“弹性”（Elasticity）�“弹性”（Elastic），输入2.1E11作为弹性模量，0.3作为泊松比。c.选择“力学”（Mechanical）�“塑性”（Plasticity）�“塑性”（Plastic），选中“使用与应变率相关的数据”（UseStrain-rate-dependentdata）,再在图示位置点击右键，选择“从文件读取…”。如图3所示，构造出材料的塑性数据（事先需要构造如表1所示的材料数据，存为*.txt文件，注意去除表头）。表1材料

7、的率相关塑性数据屈服应力塑性应变应变率7.76E+08008.09E+080.0108.29E+080.0208.42E+080.0308.66E+080.0608.83E+080.108.95E+080.1509.1E+080.2509.22E+080.409.53E+08207.91E+0800.0018.24E+080.010.0018.46E+080.020.0018.63E+080.030.0018.99E+080.060.0019.31E+080.10.0019.58E+080.150.001

8、9.95E+080.250.0011.03E+090.40.0011.17E+0920.0017.99E+0800.01屈服应力塑性应变应变率8.31E+080.010.018.55E+080.020.018.74E+080.030.019.16E+080.060.019.55E+080.10.019.89E+080.150.011.04E+090.250.011.09E+090.40.011.28E+0920.018.05E