落锤冲击过程的简单仿真模拟

落锤冲击过程的简单仿真模拟

冲击试验能够研究材料在碰撞过程中的力学性能,碰撞表现,尤其是研究汽车、高铁、船舶等一些领域的碰撞问题有很大的意义。

本文将以锥形冲头冲击为例简单介绍碰撞断裂过程的仿真,为大家学习了解相关知识有所启发,不当之处欢迎补充。

图1给出了冲击试验装置的大概情况,基于自由落体产生速度对试件完成冲击。

图1 冲击试验装置示意图

在这里我们进行图2所示的简化建模,冲击速度为6m/s,冲头质量约293Kg,型材厚度5mm,冲击过程中型材两侧螺栓固定。

图2 分析模型

由于冲击过程型材会出现断裂情况,因此需要对结构的材料本构模型进行预先定义,我们采用Johnson-cook(JC)模型,这是研究延性金属断裂问题应用非常广泛的模型,包含了本构及失效模型,具体详细的内容大家可以根据实际仿真的材料获取。根据JC模型,我们在材料属性中定义如图3所示的几类材料参数。此外,我们将冲头设定为刚体结构,通过质量点的形式赋予冲头对应质量,如图4所示。

图3 材料本构模型及相关参数定义
图4 冲头质量设定

上述工作完成之后,我们对冲头和型材进行网格划分(如图5所示),冲击过程我们需要定义网格删除,所以在单元类型中选择element deletion,如图6所示。之后,还需要定义两者的通用接触general contact(explicit),保证外围单元删除之后内部单元依然能够与冲头实现接触过程。

图5 网格划分
图6 设置单元删除

定义输出项并选择status,然后将模型提交计算。我们最终可以得到冲击过程的动态图,如图7所示(如果电脑性能充足,可以对中间区域进行更加精细的网格划分)。

图7 冲击过程动画

上述内容是冲击断裂问题的简单介绍,针对冲击问题、断裂问题有很多内容值得研究,断裂失效模型也有很多种,大家可以通过其它渠道进行学习了解,也欢迎大家留言交流。

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发布于 2019-06-01

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