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1.3 研究侵彻的数值模拟方法
和其他侵彻问题研究一样，混凝土侵彻主要是从三方面展开的：实验研究、经验半经验和分析半分析理论研究、数值模拟研究。因课题内容关系，这里主要介绍数值模拟法。
弹体对靶体的碰撞，高速侵彻过程十分复杂，会受到多种条件影响，而试验手段会受到超高速的制约，因此，实验法在实际应用过程中会受到限制和影响。随着计算机的发展，许多大型计算程序也随之产生。利用计算机，可以通过有限元或有限差分基础上的数值方法来对侵彻问题进行数值模拟，无论模型的建立，基本方程的求解及结果的精度与可靠性方面，都比近似分析方法好得多，而且耗资较少，因而逐渐成为主导方法[13]。数值模拟方法不仅可以弥补实验研究的不足，而且通过模拟，弹丸在靶体中侵彻的弹道轨迹曲线可以真实再现。数值法可以将试验结果进行扩展，从而更加准确地对侵彻过程进行分析[14、15]。为了对冲击侵彻有一个完整地了解，人们必须要依靠连续物理过程全部方程的数值解。因此数值模拟法已经成为研究侵彻现象的一种重要方法。
随着有限元的发展和应用，特别是动态有限元的发展和应用，有限元方法越来越普遍地用来处理瞬态力学和波动问题。与有限差分方法相比，有限元方法更为规范，同时对物理边界的适应性也更强，适用于边界形状复杂或者包含物质界面[15、16]、材料物理性质差别较大的物理问题计算。
在数值模拟计算中，有限元方法是一种比较常用的方法。有限元法的优点是能处理复杂的几何形状和边界条件以及材料的不同属性范围和整个结构的不同，另一个优点是能以相同的网格或理想结构来解不同的边界值问题。由于有限元法的适应性和普遍性比较大，在近二、三十年中有了很大发展。利用有限元法和有限差分法等计算技术与计算机相结合对冲击侵彻问题进行数值模拟，数值法提供了完整地描述冲击侵彻过程的可能性[17]。随着计算机运算速度的和容量的不断增长，数值法的发展非常迅速。
1.4 本文主要研究内容
短型金属复合筒对粘土的高速侵彻涉及大变形、断裂和热变形等一系列复杂的力学问题，采用动态有限元方法，对侵彻深度和效果进行数值化模拟，是设计的重要依据，也可大大降低实验费用和设计周期。本课题的研究,采用三文接触有限元方法,通过Pro/E和HyperMesh进行结构建模和网格离散,采用三文接触单元和力学模型,对短型金属复合筒对粘土的高速侵彻进行分析, 对侵彻深度和效果进行数值化模拟。
侵彻问题属于高速动力学的研究范畴，相关研究非常多。对于本次毕业设计，虽然同为高速侵彻问题，但也有几点比较新颖的地方。第一，综合运用Pro/E、hypermesh、ANSYS/LS-DYNA做建模、离散、定义材料、定义约束等处理，也即是整个一系列过程作为LS-DYNA的前处理，生成k文件，最后修改计算出结果。第二，以往的弹体都是由单一的材料构成，本次金属复合筒由两种物质组成，即圆柱筒掏空了内部一部分替代为另一物质，替代的物质以B物质代称。第三，被侵彻的靶板的材料比较多样，粘土和混凝土是不一样的材料。第四，侵彻过程中金属复合筒以不同的倾角和攻角侵彻靶板，有正侵彻和斜侵彻等不同的情况。
金属复合筒对粘土的侵彻是动态下高速撞击响应问题，本文按金属复合筒不同的弹着角和攻角分为九个不同的情况，由数值模拟方法研究了金属复合筒以250m/s的初试速度撞击粘土的侵彻过程中规律。选择用Pro/E建模，hypermesh离散，最后导入ANSYS/LS-DYNA继续做前处理，生成k文件再修改，最后放到LS-DYNA求解器下计算完成。通过对不同情况的侵彻过程进行数值模拟和结果分析，来为设计提供重要依据。