基于LS-DYNA的方形破片侵彻纤维复合材料数值模拟

关键词：LS-DYNA，纤维复合材料，冲击动力学，失效模型，破片侵彻

复合材料能够使各种材料在性能上互相取长补短，使其综合性能远远优于单一材料，从而满足生产生活中多样化的需求。现今材料技术也不断朝着多种材料复合的方向发展，复合材料采用不同的基体与增强体能够实现不同的力学性能，常见的基体有合成树脂、橡胶陶瓷及一些金属金属材料等。增强体从形态上分，常见的有纤维体与粒状体，从材料上分，有碳材料、硼材料、碳化硅及一些高聚物材料。现有的复合材料中的增强体以纤维体为主，以纤维体为增强体的复合材料有着比重小、比强度和比模量大等优点，纤维复合材料被广泛应用于汽车、飞机等民用领域以及战斗机、导弹等军用领域。

LS-DYNA为一款著名的动力学有限元分析软件，因为能够很好地对几何非线性问题、材料非线性问题与接触非线性问题进行求解，被广泛应用在冲击动力学与爆炸力学领域。

在此案例中，模型包含为方形破片与纤维复合材料板材，为了能够表示不同铺层方向的材料力学性能，对不同铺层方向分别建模，为了节省计算量与计算时间，模型简化为1/2模型，同时在板材与破片接触的区域进行网格加密处理，建立好的有限元模型如图1所示。 在纤维复合材料板材法线方向上添加破片速度为500m/s。

图 1 有限元模型

侵彻后的板材如图2所示，破片接触板材瞬间应力云图如图3所示，

图 2 侵彻后的纤维复合材料板材

图 3 破片接触板材瞬间应力云图

破片的速度曲线如图4所示。

图 4 破片速度曲线