LSDYNA-刚性球体打击spg沙土和eps泡沫保护的桥墩
1，项目描述
本项目为落石冲击堆满沙土和EPS泡沫防护的桥墩，其中沙土采用spg算法。桥墩为钢筋混凝土结构，内含纵筋和箍筋钢筋，EPS泡沫采用24号材料的试验曲线模拟。
2，几何模型
首先利用workbench的dm模块建立沙土、EPS泡沫、桥墩及钢筋的几何模型，其中钢筋为1D线体。模型如下图所示。
3，材料
落石为刚体，采用rigid本构
*MAT_RIGID_TITLE
luoshi
$# mid ro e pr n couple m alias
4 2730.02.00000E10 0.3 0.0 0.0 0.0
$# cmo con1 con2
0.0 0 0
$#lco or a1 a2 a3 v1 v2 v3
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
沙土采用可压缩泡沫崩MAT_CRUSHABLE_FOAM，沙漏采用5号，系数0.03.
*MAT_CRUSHABLE_FOAM_TITLE
shatu
$# mid ro e pr lcid tsc damp
7 1628.04.000000E7 0.3 2 0.0 0.0
*HOURGLASS_TITLE
shatu
$# hgid ihq qm ibq q1 q2 qb/vdc qw
7 5 0.03 0 1.5 0.06 0.03 0.03
EPS泡沫采用24号多线性弹塑性本构，借助试验曲线；
*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY_TITLE
eps
$# mid ro e pr sigy etan fail tdel
9 20.0 6000000 0.12 100000.0 600000.01.00000E21 0.0
$# c p lcss lcsr vp
0.0 0.0 3 0 0.0
$# eps1 eps2 eps3 eps4 eps5 eps6 eps7 eps8
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
$# es1 es2 es3 es4 es5 es6 es7 es8
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
桥墩采用混凝土材料，使用jhc本构，采用4号0.03沙漏。并定义额外的失效参数。
*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE_TITLE
hunningtuban
$# mid ro g a b c n fc
1 2650.01.68000E10 0.79 1.6 0.007 0.618.400000E7
$# t eps0 efmin sfmax pc uc pl ul
6000000 1.0 0.01 7.02.800000E7 0.0011.400000E9 0.1
$# d1 d2 k1 k2 k3 fs
0.04 1.08.50000E10-1.7100E112.08000E11 0.004
*HOURGLASS_TITLE
hunningtuban
$# hgid ihq qm ibq q1 q2 qb/vdc qw
1 4 0.03 0 1.5 0.06 0.03 0.03
*MAT_ADD_EROSION_TITLE
hunningtuban-shixiao
$# mid excl mxpres mneps effeps voleps numfip ncs
1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0
$# mnpres sigp1 sigvm mxeps epssh sigth impulse failtm
0.0 0.0 0.0 0.06 0.0 0.0 0.0 0.0
$# idam - - - - - - lcregd
0 0 0 0 0 0 0 0
$# lcfld nsff epsthin engcrt radcrt lceps12 lceps13 lceps mx
0 10 0.0 0.0 0.0 0 0 0
$# dteflt unused mxtmp dtmin
0.0 0.0 0.0
钢筋采用弹塑性本构，定义0.2的有限塑性应变失效参数。
*MAT_PLASTIC_KINEMATIC_TITLE
pingmian-gangjin
$# mid ro e pr sigy etan beta
2 7850.02.00000E11 0.35.000000E82.000000E9 0.0
$# src srp fs vp
0.0 0.0 0.2 0.0
4，单元及有限元网格
沙土采用SPG算法，其他均采用lagrange算法。
*SECTION_SOLID_SPG
7,47
$DX,DY,DZ,,KERNEL,,S MSTEP
1.8,1.8,1.8,,2,,2
$IDAM,FS失效，
1,0.004
workbench下划分lagrange网格，网格数5万以上。
5，接触建立
泡沫与桥墩之间采用绑定接触，沙土与泡沫之间为摩擦接触，球与沙土为自动接触。
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_ID
$# cid title
1luoshi-shatu
$# ssid msid sstyp mstyp s boxid mboxid spr mpr
7 4 3 3 0 0 0 0
$# fs fd dc vc vdc penchk bt dt
0.4 0.4 0.0 0.0 0.0 0 0.01.00000E20
$# sfs sfm sst mst sfst sfmt fsf vsf
1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0
$# soft sofscl lcidab maxpar s bopt depth bsort frcfrq
1 0.1 0 1.025 2.0 2 0 1
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_ID
$# cid title
4ban-duntai
$# ssid msid sstyp mstyp s boxid mboxid spr mpr
5 1 3 3 0 0 0 0
$# fs fd dc vc vdc penchk bt dt
0.4 0.4 0.0 0.0 0.0 0 0.01.00000E20
$# sfs sfm sst mst sfst sfmt fsf vsf
1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0
*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_ID
$# cid title
9tie eps-huxingban
$# ssid msid sstyp mstyp s boxid mboxid spr mpr
2 1 0 0 0 0 0 0
$# fs fd dc vc vdc penchk bt dt
0.4 0.4 0.0 0.0 0.0 0 0.01.00000E20
$# sfs sfm sst mst sfst sfmt fsf vsf
1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0
$# soft sofscl lcidab maxpar s bopt depth bsort frcfrq
1 0.1 0 1.025 2.0 2 0 1
6，边界及载荷
施加z方向重力；
*LOAD_BODY_Z
$# lcid sf lciddr xc yc zc cid
1 1.0 0 0.0 0.0 0.0 0
*DEFINE_CURVE_TITLE
zhongli
$# lcid sidr sfa sfo offa offo dattyp lcint
1 0 1.0 1.0 0.0 0.0 0 0
$# a1 o1
0.0 9.8
10.0 9.8
落石Z方向速度伪18.8m/s。
*INITIAL_VELOCITY_GENERATION
$#nsid/pid styp omega vx vy vz ivatn icid
4 2 0.0 0.0 0.0 -18.80632 0 0
$# xc yc zc nx ny nz phase irigid
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0 0
7，求解设置
计算时间0.2s。为防止容易负体积，时间步因采用0.5
*CONTROL_TERMINATION
$# endtim endcyc dtmin endeng endmas nosol
0.2 0 0.05 0.01.000000E8 0
*CONTROL_TIMESTEP
$# dtinit tssfac isdo tslimt dt2ms lctm erode ms1st
0.0 0.5 0 0.0 0.0 0 1 0
$# dt2msf dt2mslc imscl unused unused rmscl
0.0 0 0 0.0
施加全局阻尼0.05
*DAMPING_GLOBAL
$# lcid valdmp stx sty stz srx sry srz
0 0.05 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
$
8，求解
6核cpu求解时间1.5小时。
9，结果分析
通过计算，沙土由于采用可压碎泡沫本构MAT_CRUSHABLE_FOAM，非常容易出现负体积，因此采用了SPG算法，经过计算可见沙土的成坑性能非常好，也与试验进行了对比，接触反力与试验测得值非常接近。
落石打击沙土、桥墩等的变形应力如下图所示：
落石与沙土之间的接触力如下：
沙土沙漏能几乎为0；精度非常高。
sph对比spg优劣势：
ØSph效率高但是精度低；spg反之；
ØSph难以与fem耦合，spg容易与fem耦合；
ØSph用于高速问题，spg低速高速问题都适用；
ØSph支持2D-3D，spg只支持3D；
ØFem失效后动量能量不守恒，spg在失效后仍然守恒。
