ANSYS非均质材料在过载作用下的数值模拟研究(7)
4.2 LS-DYNA计算方法介绍
LS-DYNA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。下面分别介绍各算法的特点及应用。
4.2.1． Lagrange算法：
拉格朗日方法多用于固体结构的应力应变分析，这种方法以物质坐标为基础，其所描述的网格单元将以类似“雕刻”的方式划分在用于分析的结构上。采用这种方法时，分析结构的形状的变化完全是一致的，物质不会再单元与单元之间流动，因此非常适合于网格没有极大的变形的中等大变形问题。
这种方法的优点是能够非常准确地描述结构边界的运动。但当处理大变形问题时，由于算法本身特点的限制，将会出现严重的网格畸变现象，因此不利用计算的进行。图(3)所示为高速冲击下的金属棒。如果应用纯拉格朗日方法，在高速冲击下，在刚性墙附近的金属棒冲击面变形剧烈而很难获得精确的求解结果。
图4纯拉格朗日高速冲击求解
4.2.2. 欧拉算法：
Euler方法以空间坐标为基础，使用这种方法划分的网格和所分析的物质节点是相互独立的，网格在整个分析过程中始终保持最初的空间位置不动，有限节点即为空间点，其所在空间的位置在整个分析过程始终是不变的，而材料在网格中流动，因此是解决流体动力学和极大变形问题的一种非常有效的手段。由于算法自身的特点，网格大小形状和空间位置不变，因此在整个数值模拟过程中，各个迭代过程中计算数值的精度是不变的。但这种方法的最大缺点在于物质边界的捕捉是困难的，因此计算非常昂贵，尤其是结构分析中应变相对较小的时候，这种缺点更加突出。
4.2.3．ALE算法：
ALE方法最初出现于数值模拟流体动力学问题的有限差分方法中。这种方法兼具Lagrange方法和Euler方法二者的特长，即首先在结构边界运动的处理上它引进了
Lagrange方法的特点，因此能够有效的跟踪物质结构边界的运动；其次在内部网格的划分上，它吸收了Euler的长处，即是使内部网格单元独立于物质实体而存在，但它又不完全和Euler网格相同，网格可以根据定义的参数在求解过程中适当调整位置，使得网格不至于出现严重的畸变。ALE算法的特点是它采用的网格每一步都是根据物质区域的边界构造一个合适的网格，以避免在严重扭曲的网格上进行计算。
5.弹丸在侵彻混凝土靶板过程中对火工品过载数值模拟和仿真
5.1模拟过程中的假设
对火工品过载情况的计算机模拟分析中， 我们使用空心钢质弹丸内置火工品的方法进行模拟仿真，运用通用显示动力学建模与分析软件ANSYS14.0/LSDYNA进行计算机操作。试验中模拟火工品我们采用雷管的模型，采用多层结构。由于弹丸侵彻靶板过程非常复杂过程短，为了使问题简化，我们忽略一些次要因素，作出如下基本假设：
（1） 忽略弹，靶作用过程中的一切热现象和摩擦现象；
（2） 忽略所有子结构的刚体位移和对整体的影响；
（3） 忽略作用过程中其他外力的影响，认为弹体和混凝土靶板之间只有法向作用力；
（4） 靶板与弹体尺寸相差大，靶板远端收到弹丸的作用很小，靶板边界对弹丸的侵彻过程中弹丸的侵彻过程中应力反射也忽略不计；
5.2数值模拟仿真模型的建立
本文模拟的是火工品(雷管)在弹丸在发射和侵彻混凝土靶板过程中的动态过程响应，为了能更真实反映其过载过程，按照雷管的真实结构建立仿真模型。