算例分享：子弹击穿钢板显式动力学分析

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了显式动力学分析在ANSYS Workbench环境中的实现过程，以弹丸击穿钢板为例，详细描述了问题描述、建立分析模型、求解、后处理等步骤。其中，建立分析模型包括添加STEEL 4340材料、创建几何模型并导入Mechanical进行Mesh等操作；求解包括设置Step Controls、Initial Conditions等参数；后处理包括观察能量变化曲线、动态过程、子弹速度等。

本文以一个弹丸击穿钢板的分析为例，介绍显式动力学分析在ANSYS Workbench环境中的实现过程。

        1 问题描述

一个直径10mm、长45mm的子弹以950m/s的初速度射向钢板，钢板尺寸为200mm×150mm×10mm，如图所示。子弹射击方向与钢板法向之间的夹角分别为0°、5°和10°，试分析不同入射角度下的击穿效果。

2建立分析模型

从Engineering Data的显式动力学材料库中添加STEEL 4340材料，具体操作如下：

(1)在Project Schematic中双击A2 Engineering Data单元格；

(2)单击Engineering Data Source按钮（书架图标）；

(3)在Engineering Data Source表格中选中Explicit Materials；

(4)在Outline of Explicit Materials表格中，转动滚轮找到STEEL 4340，单击其右边的加号按钮,将其添加至当前材料；

(5)再次单击Engineering Data Source书架图标按钮，可以看到当前材料库中包括STEEL 4340和Structural两种材料，单击STEEL 4340可查看其材料明细。

(6)单击Return To Project，或关闭Engineering Data，返回Workbench项目图解窗口。

随后，在DM中创建几何模型并导入Mechanical进行Mesh后得到如下图所示的分析模型。

3求解

按照如下步骤进行显式动力学求解。

(1)选中结构树的Explicit Dynamics（A5）→Analysis Settings，在其Details中Step Controls→End Time下输入0.0001s；更改Erosion Controls→Geometric Strain Limit的值为1，并确保Retain Inertia of Eroded Material为Yes，其它选项保持缺省设置。

(2)鼠标右键单击Explicit Dynamics（A5）→Initial Conditions，选择Insert→Velocity，然后在Details中进行如下设置：

a.在Scope→Geometry中选择子弹体；

b.设置Define By为Components，并输入Z Component为-950m/s。

(3)鼠标右键单击结构树中的Solution（A6）分支，选择Solve执行求解。

4后处理

(1)观察能量变化曲线

选中结构树中的Solution（A6）下的Solution Information分支，在其Details中将Solution Output改为Energy Summary，此时可绘出计算过程中的各种能量随时间的变化曲线，如图所示。

(2)观察动态过程

绘制子弹击穿钢板过程的等效应力云图，并进行动画观察。

a.选中结构树中的Solution（A6）分支，在上下文工具栏中选择Stress→Equivalent（Von-Mises）；

b.右键单击Solution（A6）分支，选择Evaluate All Results，此时图形显示窗口中绘出1e-4s时的等效应力分布云图；

c.单击工具栏中的截面工具按钮，然后单击图形显示窗口中的Z轴，正视子弹及钢板，在钢板短边中点附近拖动鼠标将所有模型一分为二；

d.单击窗口下方Graph中的播放按钮，观看等效应力云图动画，此处仅给出部分时刻的等效应力云图，如图所示。

(3)分析子弹速度

选中结构树中的Solution（A6）分支，在上下文工具栏中选择Deformation→Directional Velocity，选择作用对象为子弹，本例中采用Named Selections选择子弹中心附近某节点。更改Definition>Orientation为Z Axis；右键单击Solution（A6）分支，选择Evaluate All Results，此时图形显示窗口下方的Graph中绘出了子弹中心附近节点的Z向速度变化曲线。