落锤冲击过程的简单仿真模拟

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了锥形冲头冲击的仿真过程，包括冲击试验装置、简化建模、材料本构模型、网格划分、单元删除、输出项设置等。通过这些步骤，可以模拟冲击过程中的力学性能和断裂表现，为研究汽车、高铁、船舶等领域的碰撞问题提供参考。

冲击试验能够研究材料在碰撞过程中的力学性能，碰撞表现，尤其是研究汽车、高铁、船舶等一些领域的碰撞问题有很大的意义。

本文将以锥形冲头冲击为例简单介绍碰撞断裂过程的仿真，为大家学习了解相关知识有所启发，不当之处欢迎补充。

图1给出了冲击试验装置的大概情况，基于自由落体产生速度对试件完成冲击。

图1 冲击试验装置示意图

在这里我们进行图2所示的简化建模，冲击速度为6m/s，冲头质量约293Kg，型材厚度5mm，冲击过程中型材两侧螺栓固定。

图2 分析模型

由于冲击过程型材会出现断裂情况，因此需要对结构的材料本构模型进行预先定义，我们采用Johnson-cook（JC）模型，这是研究延性金属断裂问题应用非常广泛的模型，包含了本构及失效模型，具体详细的内容大家可以根据实际仿真的材料获取。根据JC模型，我们在材料属性中定义如图3所示的几类材料参数。此外，我们将冲头设定为刚体结构，通过质量点的形式赋予冲头对应质量，如图4所示。

图3 材料本构模型及相关参数定义

图4 冲头质量设定

上述工作完成之后，我们对冲头和型材进行网格划分（如图5所示），冲击过程我们需要定义网格删除，所以在单元类型中选择element deletion，如图6所示。之后，还需要定义两者的通用接触general contact（explicit），保证外围单元删除之后内部单元依然能够与冲头实现接触过程。

图5 网格划分

图6 设置单元删除

定义输出项并选择status，然后将模型提交计算。我们最终可以得到冲击过程的动态图，如图7所示（如果电脑性能充足，可以对中间区域进行更加精细的网格划分）。

图7 冲击过程动画

上述内容是冲击断裂问题的简单介绍，针对冲击问题、断裂问题有很多内容值得研究，断裂失效模型也有很多种，大家可以通过其它渠道进行学习了解，也欢迎大家留言交流。

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