冲击引起的岩石压裂、预置裂纹扩展和弹靶侵彻的初步数值模拟

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本文主要研究(1)冲击载荷作用下的流固耦合问题。(2)固体接触冲击问题。固体解算器采用三维等参有限单元求解Lagrange坐标系下的虚功方程,流场解算器采用MUSCUL格式求解ALE方程,接触冲击采用Pinball方法求解接触面上主从单元的接触力。基于现有计算程序平台,添加了粘弹性材料与可压缩型岩土和泡沫材料两种本构关系。计算了复合射孔弹起爆后火药燃气流场及其对岩石的压裂作用。将流场冲击载荷施加到岩石表面,模拟了岩石动力学响应,得到了岩石动态破碎区域分布及其与加载参数的关系。针对预置不同角度裂纹的板结构,分析了受到冲击载荷后的裂纹扩展规律,给出了裂纹周围应力场分布。采用Pinball方法实现了接触冲击算法,给出了依据侵彻距离和侵彻速度的两种接触力求法,并进行了算例考核。最后对不同材质子弹侵彻靶板的接触冲击进行了数值模拟。主要内容简述如下:   1.第一章介绍了本文研究背景,相关研究进展和本文主要内容。   2.第二章介绍了本文固体和流体解算器、接触冲击算法思路等,重点介绍了固体有限元和接触冲击算法的控制方程、定解条件和数值格式等。   3.第三章介绍了所添加的材料本构关系。给出了岩石受高温高压燃气压裂过程和动态破碎区分布、预置不同角度裂纹板受冲击载荷后的裂纹扩展规律及裂纹应力场演化。   4.第四章介绍了Pinball方法、接触判断条件和接触力求法,给出了验证算例,并对不同材质多物体和靶板接触冲击问题进行了数值模拟。   5.第五章给出了本文结论和下一步研究建议。
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