[发明专利]一种基于LS-DYNA计算结果的破片定量信息自动统计方法

说明书

技术领域

本发明属于有限元数值模拟技术领域，涉及一种基于LS-DYNA计算结果的战斗部破片数量、质量、速度等定量信息的自动统计方法。

背景技术

常规战斗部在爆炸和侵彻过程中会形成大量高速飞散的破片。破片的定量信息对于分析评估自然破片战斗部、预制破片战斗部等破片杀伤战斗部的使用效能以及指导设计其他应用于爆炸、冲击、侵彻等服役环境下的战斗部结构、防护结构起着至关重要的作用。例如，高爆榴弹爆炸后形成具有一定初速度、形态大小不一的自然破片，对目标进行侵彻杀伤。自然破片的数量、质量和飞散速度是评估其威力的重要依据。再如，在高速/超高速条件下，弹丸侵彻靶板过程中会在靶板背面产生由弹丸碎裂破片和靶板崩落破片组成的杀伤力极强的二次破片，研究二次破片的定量信息对弹药杀伤力预测、目标易损性分析及装甲防护结构设计等具有重要应用及参考价值。不仅如此，破片的定量信息还可以用于研究战斗部爆炸过程的细节和作用机制，从而为武器装备优化设计提供依据。例如在反导战斗部迎击导弹的过程中,对导弹战斗部毁伤机理的研究急需解决破片的散布规律问题，破片的速度，质量，数量和碰撞倾角对其是否能有效毁伤来袭导弹有关键性影响。因此，形象、直观、准确、高效地得到高速飞散破片的定量信息，可以为计算弹丸杀伤威力、改进弹丸结构设计提供依据，具有十分重要的理论研究价值及工程应用价值。

然而，目前国内外尚未建立起高效、可靠的破片定量信息自动统计方法。传统采用实体实验的方法实验周期长、花费高，且具有一定的危险性。而且战斗部的作用过程短暂，爆轰驱动过程复杂，材料在高速高压条件下瞬变性强，传统的“经验公式+实验”的方法越来越难以对破片的飞行特性进行准确的描述。近年来，数值模拟技术已广泛应用到战斗部设计与性能评估中。相对于传统的分析方法和经验方法，数值仿真不仅能够模拟介质间的高速碰撞、相互作用、形变和断裂等复杂过程，而且可以获得清晰、连续变化的物理图像和各种物理量的变化规律，得到的结果更加准确，信息更丰富，因此在武器设计与性能评估方面具有不可替代的作用。但是通过数值模拟计算，虽然可以描述破片形成过程中的力学现象和所产生的宏观破坏效应，但却并不能完整地描述各个时刻破片的数量、质量和破片的飞散速度等定量信息。现有的LS-DYNA通用的后处理程序不能由计算结果自动输出破片数据文件来描述每个破片的大小和速度，对于战斗部破碎形成的自然破片和侵彻生成的二次破片更没有搜索识别的能力，限制了计算结果的的高效应用，因此需要对软件计算结果进行进一步的分析处理以获得破片的详细信息。北京航空航天大学通过SPH的方法模拟爆炸和冲击中的破片，然后利用网格生成的方法重建破片场，统计破片的数量、速度、质量等信息，但是对破片重建依赖于人为输入的破片间距判据，人为因素的引入使得统计结果可能存在较大误差；王铄、李东阳等人通过Lagrange方法生成破片场并利用二次开发软件对破片信息进行统计，但是破片识别过程中依赖于破片单元拥有4个共有节点的判断关系，该判据可能导致某些属于同一破片但未能拥有四个共有节点的破片单元在统计过程中发生遗漏，影响了计算结果的可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对LS-DYNA后处理程序中破片定量信息统计技术存在的缺陷，提供一种基于LS-DYNA计算结果的破片定量信息自动统计方法，可得到计算结果中各个破片的数量、质量和速度，并可直接输出为文本文件，用于战斗部效能的评估，或者为战斗部及防护结构的设计提供借鉴。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于LS-DYNA计算结果的破片定量信息自动统计方法，首先基于LS-DYNA计算结果，重建破片数据文件：然后再破片搜索分组识别，赋予破片编号，其次统计各个破片的质量，并将各破片质量数据输出到结果文件，最后统计各个破片的速度，并将各破片速度数据输出到结果文件。

所述的重建破片数据文件采用以下方法：通过LS-PREPOST软件观察LS-DYNA计算结果，并提取关注时刻的节点、单元信息;通过接口程序，将得到的节点、单元信息再导入ANSYS软件中，重建关注时刻的破片场，并将节点速度加载，完成破片场的重建。