【Radioss干货】球形爆炸液压成形模型
本文摘要（由AI生成）：
这是一篇关于使用 Altair Radioss 模拟球体爆炸液压成形的论文。文章介绍了Radioss 这款软件，并分享了使用它构建模拟球体爆炸液压成形模型的方法。通过该模型，可以得到该过程中压力场的分析结果，以及对材料硬化评估的结果。文章还解释了爆炸液压成形的两个阶段：冲击波传播和液压成形，并提供了相应的图片说明。最后，文章介绍了该模型的计算性能，包括累计 CPU 时间汇总、数值计算循环总数、计算运行时信息汇总以及估计加速比。
简介
Radioss
简介
Radioss
▇ 目的
爆炸在瞬间释放的大量的化学能量，利用可控爆炸使金属加工成一定的形状。本文将分享使用 Altair Radioss™ 构建模拟球体爆炸液压成形的模型和方法。（文末有模型下载链接~）
▇ 应用：天然气库存
▇ 文献
Z. Tiesheng, L. Zensheng, G. Changli, T. Zhang, Explosive forming of spherical metal vessels without dies, J. Mater. Process. Technol. 31 (1992) 135–145.
Z.R. Wang ∗, G. Liu, S.J. Yuan, B.G. Teng, Z.B. He, Progress in shell hydroforming, J. Mater. Process. Technol.
▇ 物理描述
轧制两个或更多的锥形
它们被焊接成一个球形的容器
容器里装满了水，在容器中心引爆球形炸药
在水中产生球形脉冲波会影响容器的表面
爆炸和水膨胀推动壳体的形状从而形成非常接近被限制的目标球体形状
▇ 预期仿真结果
模型设置
Radioss
模型设置
Radioss
▇ 模型概述
使用 Altair Radioss™ 2020.1 版本
模型单位制：g, mm, ms, Mpa
HyperWorks Next-gen 2020.1
用于设置模型
水和爆炸物使用六面体实体网格划分，平均尺寸为 10 mm
容器使用壳单元划分网格。壳网格和实体网格交界处使用共节点（当然这里也可以不使用共节点的网格，而是使用 TYPE1 接触）
网格划分参照下表：
▇ 罐体建模
该容器使用 3mm 的钢板。钢使用弹塑性材料模型，在 Radioss 中使用 /MAT/PLAS_JOHNS 材料卡片：
（点击图片可查看高清大图）
▇ 容器建模 – 空气压力
为了在大气压力下对容器周围的空气进行建模，在容器的外部表面上施加 0.1MPa 的压力载荷。
（点击图片可查看高清大图）
▇ 流体建模 – TNT 爆炸物
炸药为TNT。TNT 使用 Radioss 中的 /MAT/JWL 材料卡片描述 JWL 状态方程：
▇ 流体建模 – 水
水使用 Stiffened-Gas 状态方程模型
这个状态方程 （EoS） 是科尔（Cole）于1948年为水下爆炸的水的建模提出的，它也可用于任何流体动力学模拟：
这个 EOS 在 Radioss 中是使用卡片 /MAT/HYDRO & /EOS/STIFF-GAS
▇ 流体建模 – 空气
空气可被视为理想气体，使用下面的状态方程：
▇ 流体建模 – 多物理材料
由于有 3 种不同的材料，因此必须使用多物理材料模型。在 Radioss 中，有几种多材料模型，这里选择最新的多物理材料模型 LAW151
使用 /ALE/MAT 启动 ALE 网格控制
下面是典型的空气和水的多物理材料示例：
仿真结果分析
Radioss
仿真结果分析
Radioss
▇ 压力场分析 – 在 HyperView 中显示结果
/H3D/ELEM/P
▇ 硬化评估（使用塑性应变）
/H3D/SHELL/EPSP/NPT=ALL
▇ 现象解释
Phase 1：冲击波传播
引爆后，球形冲击波在水中传播
在 0.7ms，冲击波冲击容器并反射
Phase 2：液压成形和气泡脉动
Phase 2：液压成形和气泡脉动
爆炸产生和水的膨胀进而推动容器表面的变形
在 10ms，容器最终形状成形，容器的形状接近限制的目标球体并稳定下来
在 10ms 之后，引爆气泡脉动
计算性能
Radioss
计算性能
Radioss
这个模型使用 Radioss 2020.1 版本，96 cpus，机器性能为：
Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2680 v3 @ 2.50GHz (x86_64), 2501 MHz, 129092 MB RAM, 7999 MB swap
▇ 累计 CPU 时间汇总：
▇ 数值计算循环总数：23936
▇ 计算运行时信息汇总：
▇ 估计加速比：95.35
