LS-DYNA侵彻钢筋混凝土三维数值分析(3)

菜单

运用可参照的实验数据，通过控制变量法，比较不同的材料参数、失效参数值，从而得出模拟值与试验值的误差，以此确定所建立数值模拟模型的可行性。

2 选取模拟侵彻钢筋混凝土的数值方法以及程序

2.1 数值方法简介

在工程应用和科学研究中，计算机数值模拟已经逐渐成为解决复杂问题的一种重要手段。数值模拟将实际问题转换为数学描述下的离散形式，使用计算机重新构造和求解问题，再根据分析人员的需求客观的揭示现象。

数值模拟的重要性在以下几个方面都有较好体现[31]：1）它在某种意义上比理论和实验研究对问题的认识都更为深刻、更为细致，不仅可以了解问题的结果，而且可以随时连续动态地、重复地显示过程的发展，了解整体与局部的相互关系；2）可以直观地显示出目前还不易观测到、解释不清的一些物理现象，如弹体在介质侵彻过程中的受力和偏转；爆炸波在介质中的传播等；3）促进了实验的发展，为科学制定实验方案、实验过程中测点位置、仪器量程及精度的确定等提供了可靠的理论指导；4）较高的效费比。虽然数值模拟大型软件系统的研制需要花费相当多的人力和经费，但与试验研究相比，数值模拟软件可以进行拷贝移植、重复利用，而且可调整参数取值进行高效的系统研究，获取物理规律。文献综述

目前用于侵彻问题研究的数值计算方法主要有三类[15]：(1)有限差分法：使用拉格朗日算法与欧拉算法，如在高速及超高速侵彻分析中广泛使用的JOY,CSQII,CSQIII,AUTODYN等软件；（2）有限元法：使用拉格朗日算法、欧拉算法或任意拉格朗日欧拉算法，在结构大变形分析和高速侵彻分析中广泛应用，如DEFEL、EPIC、LS-DYNA等；(3)离散元法;在介质的不连续这一本质特征方面(如裂缝、不同介质交界面）应用，如DECIDE，RIBS，PROBS等。其它如有限体积法以及近年来研究正热的无网格法等也有较多应用。

由于有限元理论的成熟及通用性，国内外目前针对混凝土及钢筋混凝土靶板侵彻问题的数值模拟分析中采用最多的仍是有限元法。随着DYNA等大型计算软件的发展，数值方法逐渐成为研究高速侵彻问题的主导方法。其中，LS-DYNA、MSC-DYTRAN及AUTODYN等大型商用软件是目前较为流行的动力有限元程序或有限差分程序,。

其中LS-DYNA因为其方便的k文件修改和强大的后处理软件LS-prepost的配合，成为本文的数值计算工作的平台。

2.2 LS-DYNA程序及其算法简介

2.2.1 LS-DYNA程序简介

LS-DYNA是一个由DYNA程序发展而来的以显示为主，隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，可以求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性问题。DYNA程序系列最初是1976年在美国Lawrence Livermore National Laboratory由J.O.Hallquist主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经1979、1981、1982、1986、1987、1988年版的功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件。1988年J.O.Hallquist创建LSTC（Livermore Software Technology Corporation）公司，推出LS-DYNA程序系列。

2.2.2 LS-DYNA程序算法

LS-YNA程序版是功能齐全的几何非线性、材料非线性和接触非线性程序。它主要包括以下三种算法:Lagrange算法、Euler算法、ALE算法、SPH算法。下面就分别介绍这四种算法的基本原理。

1、Lagrange算法简介：

Lagrange程序跟踪固定质量元运动。Lagrange算法的主要特点是它能精确地跟踪材料边界和界面，在界面处的材料被认为是从动的和主动的，用这种方法建立的程序允许主动和从动面之间接触、分离、滑动，或有无磨擦。Lagrange网格随材料流动面变形。一旦网格畸变得严重，就会引起数值计算的困难，甚至程序终止运算，必须在旧网格上重叠一新网格，计算才能继续下去。在高速碰撞问题的计算中，往往引入材料侵蚀失效的处理方法来模拟实际材料的断裂、层裂等破坏行为；来.自/751·论|文-网·www.751com.cn/