【Radioss干货】根据 STANAG 军标进行车辆埋藏爆炸评估

Radioss专栏又和大家见面啦~ 本文将介绍一个根据 STANAG 军标的 Altair Radioss™ 埋藏爆炸模板。使用这个模板的优势是：

• 可以省去流体建模

• 直接使用模板中现有的用于爆炸的材料参数

• 可以直接导入车辆，流固耦合接触自动建立

本文将分别通过下面这几个方面介绍这个模板：

1. 北约 AEP-55 STANAG 军标的埋藏爆炸

2. Altair Radioss™ STANAG 埋藏炸药模板介绍

3. 视频详解：如何使用模板 

4. 爆炸结果查看和车辆失效评估 

5. 附录：Radioss的多域求解技术加速计算效率

目标：根据北约 AEP-55 STANAG 法规建立一个模拟埋藏炸药爆炸的模型作为模板对车辆根据 STANAG 军标进行评估 ：

• 用 Altair Radioss 模拟地雷爆炸

• 使用一个输入文件作为模板用于所有 STANAG 级别（2、3和4）

• 炸药定位

• 爆炸结果分析

• 车辆评估

• 安全标准评估

参考标准 : 北约 AEP-55 STANAG 4569

在本报告中，处理2至4级威胁

对于 2a、3a 和 4a 级（在车轮/轨道爆震下），装药的中心偏移应朝向车辆。补偿（d）将由国家主管部门规定，并应确保：

S:轮距宽度  D: 炸药直径  d:内侧偏移距离

质量误差: +5% H/D ≈ 0.33

应在符合以下规范的土壤中进行试验:

• 典型粒径曲线：

• 炸药的埋深（DoB）应为 100 mm±10 mm。

• DoB 从炸药的套管顶部测量到土壤表面

评价标准:

• 乘员伤害标准：在公差范围内

• 无车身破裂：防止有害爆炸物和/或喷射物进入车厢

• Altair Radioss 版本：2020 

• 单位制：g, mm, ms, Mpa

• 约500万六面体实体单元

• The part id 1 : ALE 域 (炸药 + 沙土+ 空气); 

• The part id 2: 无反射边界(NRF); 

• The parts id 11、id 12 & id 13 是不同重量的TNT 的初始体积; 

• The part id 14 是沙土的初始体积

ALE 无反射边界

几何：

• 炸药有6kg、8kg or 10kg 的 TNT

• 炸药圆柱体，几何尺寸如下: 

• 炸药埋藏在沙土以下 100mm

• 起爆地点在炸药的底部

TNT 材料卡片:

• TNT 使用Radioss™ 中/MAT/JWL：

（点击图片可查看高清大图）

状态方程：

• 沙土采用多项式状态方程来模拟：/EOS/POLYNOMIAL

等熵路径

屈服：

• Drücker-Prager 屈服准则，使用  /MAT/DPRAG2 (LAW102)

• 参数 A0, A1, A2  由 Mohr-Coulomb 参数 c（内聚力）和 ψ（内摩擦角）计算得出，这些参数可从实验测试中获得。

（点击图片可查看高清大图）

空气可以使用理想气体状态方程描述， /MAT/HYD_VISC & /EOS/IDEAL-GAS：

• 一个单元中定义3种不同的物理材料
  

• Law 51 和实体单元兼容

• 2020版本以后，推荐使用Iform=12，子材料搭建方面非常方便

通过/INIVOL来定义不同等级（质量）的3 个include文件：

• INIVOL_MINE_6kg.inc

• INIVOL_MINE_8kg.inc

• INIVOL_MINE_10kg.inc

“STANAG_MINE_0000.rad” 是主文件, 选择其中一种类型的炸药，那么把其他类型炸药的 include 文件删除即可。具体参见后文视频文件。

如下面的例子，将 INIVOL_MINE_8kg.inc 和 INIVOL_MINE_10kg.inc 文件用#注释掉了，那么就是使用了 6kg 炸药:

在 part id 2 中有一层网格用于模拟 ALE 计算域的无反射边界。

LAW 51 iform=6 可以用于设置无反射边界，参数 Radioss 可以自动识别设置，使用非常便捷。

重力场可以使用卡片 /GRAV 来设置。

使用在炸药网格上定义的 skew，便于炸药有任何垂直的变化。

• 在爆炸模型中使用了一个用于 Euler-Lagrange 耦合的通用 type18 接触，

• 该接触可以自动检测模型中的拉格朗日部分（结构）和 ALE 部分（流体）

• 接触刚度值根据 Radioss 中推荐的公式计算 ：

ρ 是流体密度，这里估算为 1e-6g/mm3

v 是流体速度，这里估算为 1000mm/ms

S_el 是拉格朗日单元的平均表面积，在这个模板中由用户自定义

Gap 是接触间隙,通常建议是流体网格的1.5倍，或者垂直于拉格朗日网格的流体网格的1.5倍，这个模板中为 25mm

• 在这个模板中使用了 2 个parameter 参数，其中一个用于自定义拉格朗日单元大小用于自动计算接触刚度。

• 在爆炸模型中使用了一个用于 Euler-Lagrange 耦合的通用 type18 接触，

• 该接触可以自动检测模型中的拉格朗日部分和流体的 ALE 部分

在 Radioss 主文件 “STANAG_MINE_0000.rad” 中定义了全局的参数：

这些参数用于 type18 的接触刚度的计算：

这里是介绍如果通过这样的模板简单的设置埋藏爆炸的仿真，通常这类仿真由于单元量庞大，流体网格和结构（拉格朗日）网格的又有很大差异，为了更高效的计算通常推荐使用 Radioss 的多域技术。

Radioss 的多域技术将模型拆分为两个(以上)单独的模型/作业。

1. 流体属于一个计算域

2. 结构在另外一个计算域

根据 ALE 和拉格朗日单元的数量比，大致有 3 ~10 倍的加速比。

这样兔子可以大步跑而不用等小碎步的乌龟了😄