張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法

超高速碰撞問題的顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法張雄1，馬上1，KYSze21清華大學(xué)航天航空學(xué)院2香港大學(xué)機(jī)械工程系張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!Outline計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超高速碰撞問題的特點(diǎn)有限元法及其困難物質(zhì)點(diǎn)法物質(zhì)點(diǎn)有限元法算例力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介高速碰撞問題研究對(duì)象超高速碰撞過程的仿真航天器空間碎片防護(hù)分析研究手段無(wú)網(wǎng)格法配點(diǎn)型無(wú)網(wǎng)格法物質(zhì)點(diǎn)有限元法張雄，劉巖：《無(wú)網(wǎng)格法》，清華大學(xué)出版社/Springer，2004.已3次印刷材料介觀性能表征多尺度分析力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!超高速碰撞問題的顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超高速碰撞問題的特點(diǎn)有限元法及其困難物質(zhì)點(diǎn)法物質(zhì)點(diǎn)有限元法算例力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!超高速碰撞問題的顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超高速碰撞問題的特點(diǎn)有限元法及其困難物質(zhì)點(diǎn)法物質(zhì)點(diǎn)有限元法算例力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!有限元法的困難Lagrange描述網(wǎng)格畸變：精度降低；臨界時(shí)間步長(zhǎng)減小解決辦法Pilothole:elementsareremoved,apriori,frompenetratortrajectoryMesherosion:RemovedistortedelementsbaseduponausersuppliedcriteriaSimulationwithouterosionwasabletoruntopletion,buttheaveragetimestepinthenoerosionsimulationwasaboutanorder-of-magnitudesmaller力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!超高速碰撞問題的顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超高速碰撞問題的特點(diǎn)有限元法及其困難物質(zhì)點(diǎn)法物質(zhì)點(diǎn)有限元法算例力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!物質(zhì)點(diǎn)法(MaterialPointMethod)質(zhì)點(diǎn)攜帶了所有物質(zhì)信息將質(zhì)點(diǎn)和背景網(wǎng)格固連，將物質(zhì)點(diǎn)信息映射到背景網(wǎng)格點(diǎn)—類似于高斯積分在背景網(wǎng)格上建立并求解動(dòng)量方程，得到網(wǎng)格點(diǎn)加速度時(shí)間積分，得到網(wǎng)格點(diǎn)速度和位移將網(wǎng)格點(diǎn)運(yùn)動(dòng)量映射回物質(zhì)點(diǎn)，得到物質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信息丟棄變形后的背景網(wǎng)格，重新構(gòu)造背景網(wǎng)格—避免了網(wǎng)格畸變力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!超高速碰撞問題的顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超高速碰撞問題的特點(diǎn)有限元法及其困難物質(zhì)點(diǎn)法物質(zhì)點(diǎn)有限元法算例力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!大變形區(qū)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!SolutionScheme大變形區(qū)：在背景網(wǎng)格上求解其它區(qū)域：在有限元網(wǎng)格上求解不設(shè)定大變形區(qū)FEM全部為大變形區(qū)

MPM物質(zhì)點(diǎn)(MPM)積分點(diǎn)(FEM)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!本構(gòu)模型ElasticityElastic-perfectlyplasticityElastoplastichydrodynamicswithisotropichardening(LS-DYNAmaterialmodel10)Johnson-Cookplasticity(LS-DYNAmaterialmodel15)Mie-Gruneisenequationofstate力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!算例：Taylor桿材料：銅力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!算例：Taylor桿力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!算例：彈丸超高速碰撞薄板彈丸速度6.6km/s彈丸直徑8mm板厚3mm37142個(gè)nodes材料：銅力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!討論可以退化為物質(zhì)點(diǎn)法和有限元法自適應(yīng)背景網(wǎng)格（尺寸、區(qū)域）解決了傳統(tǒng)有限元中網(wǎng)格畸變帶來(lái)的問題應(yīng)用于高速碰撞問題，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很吻合不是將物質(zhì)點(diǎn)法和有限元法簡(jiǎn)單耦合—統(tǒng)一框架力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超輕多孔材料結(jié)構(gòu)力學(xué)行為夾芯結(jié)構(gòu)抗沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)輕質(zhì)超強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)泡沫金屬、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等的力學(xué)性質(zhì)其動(dòng)態(tài)沖擊（中速、高速）響應(yīng)金字塔型棱柱鉆石型折疊型方型蜂窩六角蜂窩力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!超高速碰撞問題的特點(diǎn)高頻—波傳播問題高速—載荷強(qiáng)度高彈性響應(yīng)塑性流動(dòng)狀態(tài)—流體動(dòng)力學(xué)方法應(yīng)變率相關(guān)性強(qiáng)非線性邊界條件非線性幾何非線性材料非線性力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!有限元法程序拉格朗日程序DYNA—J.O.Hallquist,FEcode,1976EPIC—GordonR.Johnson等，1976PRONTO，HEMP，TOODY，DYSMAS_L，ZeuS歐拉程序CTH—Sandian國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,finitevolumecodeHELP，SMITE，SLICALE程序CALE—LawrenceLivermore：RobertTiptonRHALE—KGBudge,JSPeery,1993力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!有限元法的困難Euler描述引入對(duì)流項(xiàng)；數(shù)值耗散；邊界的精確描述L和E方法的結(jié)合妥協(xié)：ALE三維問題；對(duì)流項(xiàng)雙重描述：ParticleInCell(PIC)

無(wú)網(wǎng)格法—SPH時(shí)間步長(zhǎng)的粒子密度依賴性計(jì)算量遠(yuǎn)大于FEM—并行計(jì)算MaterialPointMethod(MPM)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!物質(zhì)點(diǎn)法(MaterialPointMethod)FLIP(Brackbillet.al.1986)MPM(Sulskyet.al.1994)連續(xù)體離散成一組質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)攜帶了所有物質(zhì)信息，其運(yùn)動(dòng)代表物質(zhì)的變形—避免了界面描述等問題動(dòng)量方程在背景網(wǎng)格上求解—避免了網(wǎng)格畸變困難物質(zhì)點(diǎn)固連在背景網(wǎng)格上—更新拉格朗日格式力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!物質(zhì)點(diǎn)法(MaterialPointMethod)結(jié)合Lagrange方法和Euler方法的優(yōu)點(diǎn)高速碰撞、加工成形等大變形問題反復(fù)映射帶來(lái)較大的計(jì)算量，并容易產(chǎn)生誤差均勻化力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!物質(zhì)點(diǎn)有限元法(MPFEM)物體用有限元離散（結(jié)點(diǎn)+單元）在大變形區(qū)域引入背景網(wǎng)格（固定、移動(dòng)）動(dòng)量方程的求解：顯式積分大變形區(qū)—在背景網(wǎng)格上（類似MPM法）有限元結(jié)點(diǎn)攜帶物質(zhì)信息—物質(zhì)點(diǎn)將結(jié)點(diǎn)和背景網(wǎng)格固連—更新拉格朗日格式丟棄變形后的背景網(wǎng)格—避免了網(wǎng)格扭曲其它區(qū)域—在有限元網(wǎng)格上單元攜帶物質(zhì)信息網(wǎng)格變形力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!其他區(qū)域力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!沙漏模態(tài)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!超高速碰撞問題的顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法計(jì)算動(dòng)力學(xué)研究室簡(jiǎn)介超高速碰撞問題的特點(diǎn)有限元法及其困難物質(zhì)點(diǎn)法物質(zhì)點(diǎn)有限元法算例力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!算例：Taylor桿22576nodes力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!算例：處理網(wǎng)格畸變的效果FEMMPFEM理想彈塑性力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!算例：彈丸超高速碰撞薄板Andersonet.al.1990力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)‘2005，北京張雄：物質(zhì)點(diǎn)有限元法共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!歡迎加入計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會(huì)電子會(huì)刊目的：發(fā)布各類信息，如最新研究進(jìn)展、國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議消息、雜志目錄、招聘信息、求職信息、問題討論等。投稿：請(qǐng)將您要發(fā)布的信息通過電子郵件發(fā)送到dyn@，整理后將發(fā)送給所有用戶。訂閱與退訂：發(fā)送郵件至dyn@.