二维破片撞击的Autodyn模拟

采用Autodyn模拟一个多材料圆柱形碎片撞击板现象。

主要过程

1. 打开AUTODYN
2. 用二维轴对称建立模型
3. 求解并观察结果
4. 生成动画

打开AUTODYN

双击autodyn.exe打开AUTODYN。

AUTODYN界面

新建一个项目

1. 新建项目
2. 浏览并选择一个文件夹
3. 输入标识fragment_impact和标题
4. 选择2D Axial，即二维轴对称
5. 保持默认的单位系统(可保证精度)
6. 确认

新建项目

设置材料模型数据

1. 加载材料数据
2. 从材料数据库中选择以下材料(按住Ctrl可一次选择多个材料模型)

• 铝 AL 7039
• 铜 COPPER(Shock,Piecewise JC)
• 铁 Steel 1006
• 钽 Tantalum(Shock, von Mises)

3. 确认

为材料添加侵蚀模型

为每一种材料添加侵蚀模型。

1. 选择一个材料
2. 点击Modify来修改模型
3. 选择Geometric Strain(几何应变)侵蚀模型
4. 设置侵蚀应变为2.0(即200%)
5. 设置几何应变判据类型为瞬态Instantaneous
6. 完成

为`Tantalum`添加侵蚀模型

添加破片速度条件

1. 在导航条中选择Init. Cond.，添加初始条件
2. 单击New
3. 设置初始条件名称为frag_vel
4. 由于该条件要应用到多个材料，保持Velocity Only选中
5. 设置x轴速度为2000，在AUTODYN中，X轴总是对称轴
6. 完成

速度初始条件

添加破片部件

1. 在导航条上点击Parts
2. 单击New添加新部件
3. 名称fragment
4. 保持默认的Lagrange求解器
5. 保持默认向导生成方式
6. 下一步
7. 选择Box
8. 依次输入-40.0 0.0 40.0 10.0
9. 下一步

10. 设置I(X) 和 J(Y)方向的网格数为40和10
11. 下一步
12. 选中Fill with Initial Condition Set，唯一的frag_vel被选中
13. 选择AL 7039材料。暂时将整个破片用铝填充，后面将用其它材料重新填充
    14 完成

用铝填充整个部件

检查已生成部件

1. 单击Plots
2. 设置Fill Type为默认的Material Location
3. 在Additional Components下选中Vectors来观察速度矢量
4. 在Additional Components下选中Grid来观察网格

观察已生成部件

用铜填充部件的一部分

1. 选择Parts卡片
2. 单击Fill
3. 选择Block以在索引空间中填充一个块
4. 输入索引范围

• I=1-41
• J=9-11

5. 选择Fill with Initial Condition Set用初始条件填充
6. 选择COPPER为所用材料
7. 完成

用铜填充部分部件

用钽填充破片芯

1. 选择Parts卡片
2. 单击Fill
3. 选择Block以在索引空间中填充一个块
4. 输入索引范围

• I=11-31
• J=1-6

5. 选择Fill with Initial Condition Set用初始条件填充
6. 选择TANTALUM为所用材料
7. 完成

最终的破片模型

创建目标靶部件

1. 在导航条上点击Parts
2. 单击New添加新部件
3. 名称plate
4. 保持默认的Lagrange求解器
5. 保持默认向导生成方式
6. 下一步
7. 选择Box
8. 依次输入0.0 0.0 30.0 120.0
9. 下一步
10. 设置I(X) 和 J(Y)方向的网格数为30和60，选中Grade zoning in J direction，设置fixed size为1.0，Times为10，并选中Lower J
11. 下一步
12. 不要选中Fill with Initial Condition Set，该部件没有初始速度
13. 选择STEEL 1006材料。
    14 完成

检查模型

目标靶径向10个单元应该和破片的大小完全一致。其它单元的大小应该随着半径增大而平滑增加。

设置部件间的接触

1. 在导航条上点击Interaction
2. External Gap是结构部件唯一可选项
3. 计算间隙值(AUTODYN会计算推荐的间隙值并显示)
4. 点击check，检查间隙值是否有效并且所有部件初始状态下都由缝隙值分开。这时会得到一个错误：破片和目标靶之间的间隔小于缝隙值，它们是接触上的

将破片和目标靶分隔开

1. 在导航条上点击Parts
2. 选择Plate部件
3. 选择Zoning
4. 选择Transformations下的Translate
5. 设置x方向移动0.1
6. 完成

这样就将Plate部件与Fragment部件用间隙值分隔开了。返回到接触菜单，再次运行check，会发现接触定义成功。

设置接触

定义目标靶夹紧边界条件

1. 在导航条上选择Boundaries，进入边界条件定义
2. 点击New定义一个新的边界条件
3. 设置边界条件名称为Clamp
4. 选择Velocity->General 2D Velocity类型
5. 设置X和Y分量都为0.0
6. 完成

设置边界条件

应用边界条件

1. 在导航条上点击Parts
2. 选择Plate部件
3. 点击Boundary
4. 点击J Line
5. 输入I=1-31，J=61
6. 选择Clamp边界条件
7. 完成

应用边界条件

设置计算和输出控制

1. 在导航条上点击Controls
2. 在循环限制出输入一个很大的值，时间限制为0.07
3. 在导航条上点击Output
4. 设置保存时间间隔为0.002ms
5. 点击Plots，选中Rotate并设置角度为270°。

最终计算模型

计算结果

生成动画

1. 选择Plots
2. 在工具栏里点击
   
   Capture sequence
3. 选择所有的结果
4. 点击Start，然后就会生成GIF图像

结果动画