高速?zèng)_擊問(wèn)題的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)的數(shù)值計(jì)算.pdf

1、無(wú)論是古代還是現(xiàn)代,沖擊問(wèn)題在人類(lèi)的生活過(guò)程中都扮演了非常重要的角色。當(dāng)前,人類(lèi)發(fā)明的各種交通工具和太空探測(cè)儀器給人類(lèi)的生產(chǎn)生活帶來(lái)了很大方便,但隨著生活節(jié)奏的不斷加快,人類(lèi)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(lái)快感的同時(shí),也引起許多高速?zèng)_擊隱患,如車(chē)禍,鳥(niǎo)撞,太空碎片沖擊太空探測(cè)器等。揭示高速?zèng)_擊問(wèn)題本質(zhì),可以為排除這些隱患尋找到理論依據(jù),因而對(duì)高速?zèng)_擊問(wèn)題進(jìn)行研究具有極高的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。高速?zèng)_擊問(wèn)題均伴隨著物質(zhì)

2、的大變形,導(dǎo)致利用傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法研究這些問(wèn)題時(shí)遇到很多挑戰(zhàn)。本文選擇光滑粒子動(dòng)力學(xué)方法(SPH)這一具有諸多優(yōu)勢(shì)的無(wú)網(wǎng)格方法來(lái)研究高速?zèng)_擊問(wèn)題。
　　本文應(yīng)用傳統(tǒng)的ANSYS/AUTODYN軟件中SPH求解器對(duì)鋁球沖擊鋁板、Taylor Bar沖擊問(wèn)題、鋼球沖擊鋁板三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)鋁球沖擊鋁板過(guò)程中破口的研究結(jié)果顯示,隨著沖擊速度的增加,破口直徑會(huì)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(dāng)速度大于

3、某個(gè)值時(shí),破口尺寸不再增大?；诒疚膶?duì)破口尺寸的研究?jī)?nèi)容,對(duì)前人提出的破口尺寸的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正。對(duì)鋼球沖擊鋁板的問(wèn)題進(jìn)行分析,詳細(xì)討論了鋁板發(fā)生塑性變形和破壞效應(yīng)與鋼球的速度、直徑、以及鋁板自身厚度的關(guān)系。在研究Taylor Bar沖擊問(wèn)題過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)Taylor Bar接觸面的變形過(guò)程跟實(shí)際情況有很大差異,并且隨著變形過(guò)大因?yàn)槟芰空`差過(guò)大而導(dǎo)致計(jì)算無(wú)法順利進(jìn)行,鋁球沖擊鋁板問(wèn)題中粒子主要集中分布在沖擊前段且分布不均勻。
　　針

4、對(duì)SPH求解器里出現(xiàn)的問(wèn)題,本文在SPH理論基礎(chǔ)上,加入粒子自適應(yīng)算法、溫度能量函數(shù)與人工應(yīng)力,編寫(xiě)SPH計(jì)算程序,對(duì)高速?zèng)_擊問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。對(duì)Taylor Bar沖擊問(wèn)題計(jì)算的結(jié)果與文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示,本文對(duì)SPH方法的相關(guān)改進(jìn)是正確可行的。計(jì)算過(guò)程中,能量誤差問(wèn)題在一定程度上得到了解決,且Taylor Bar變形過(guò)程與實(shí)際過(guò)程更加接近。對(duì)二維和三維的鋁球沖擊鋁板問(wèn)題的計(jì)算結(jié)果表明,自適應(yīng)粒子分布算法使得飛濺的粒子分布