Ansys Simulation World Ansys SimulationWorld

Численный анализ разлета осколочной оболочки с построением пространственного распределения осколков для АО НПО Базальт

Основная цель расчета состояла в определении пространственного распределения осколков по 5-градусным угловым зонам, необходимого для оценки могущества осколочного действия 82-мм изделия заказчика, на основе трехмерного численного моделирования с применением модели естественного дробления корпусов изделия из сталистого чугуна и специальной стали.

Данная работа включала следующие этапы:

  1. Создание геометрической модели изделия на основе открытых данных с упрощением конструкции (defeaturing).
  2. Построение сеточной модели (дискретизация расчетной области) для изделия.
  3. Задание физических моделей для созданной расчетной области.
  4. Проведение серии расчетов.
  5. Обработка и анализ результатов.

Решение

В качестве расчетной области рассматривалась внутренняя полость изделия, заполненная ВВ, и окружающая область воздуха радиусом в 2 раза больше калибра изделия. Расчет в газовой области велся в переменных Эйлера, для дробящегося корпуса изделия – в переменных Лагранжа. .Стыковка сеток осуществлялась с помощью подвижного граничного условия в среде LS-DYNA Исходной геометрией был 2D-чертеж, построенный в программе «Компас». Через нейтральный формат IGES данный чертеж был импортирован в контуры 2D-геометрии в препроцессоре ANSYS LS-DYNA, см.рис.1.

Рис.1. Двумерный чертеж изделия, переданный из Компас в ANSYS

После необходимой очистки геометрии (defeaturing), упрощения конструктивных особенностей, не влияющих на точность расчета осколочного действия (конструкция взрывателя, оперения), в ANSYS Workbench передается трехмерная твердотельная модель БЧ изделия, представленная на рис.2.

Рис.2. Трехмерная твердотельная модель изделия в ANSYS

Внешний вид конечно-элементной модели в переменных Лагранжа, выполненной в ANSYS и переданной в препроцеcсор LS-Prepost, представлен на рис.3.

Рис.3. Внешний вид построенной КЭ сетки в LS-Prepost

Основной проблемой при моделировании было отслеживание каждого из фрагментов естественного дробления, что при общем их числе около 10000 потребовало бы дискретизации минимум на 1 млн по осколочной оболочке. С помощью построения параметризованной регулярной сетки в интересующих зонах удалось снизить общее число ячеек в расчете до 300 000, а время расчета одного варианта до 3 часов на персональной ЭВМ с процессором Intel Core i5.

Рис.4 Распределение давлений в газовой области и оболочке до начала дробления на момент времени 20 мкс

По результатам моделирования были построены распределения масс и скоростей по 5-градусным угловым зонам, распределение масс представлено на рис.5. Дробление оболочки из высокоосколочной стали дает примерно в 2 раза большее число осколков, чем для сталистого чугуна, что существенно повысит эффективность действия изделия.

Рис.5. Приблизительное распределение массы корпуса изделия по 5-градусным угловым зонам.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей и событий?
Подпишитесь на рассылку