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山东大学学报(工学版) ›› 2013, Vol. 43 ›› Issue (5): 87-92.

• 机械工程 • 上一篇    下一篇

SPH耦合FEM模拟弹丸撞击对表面形貌的影响

王建明,裴信超,樊现行,刘伟,曹雁超   

  1. 山东大学机械工程学院, 山东 济南 250061
  • 收稿日期:2012-10-25 出版日期:2013-10-20 发布日期:2012-10-25
  • 作者简介:王建明(1962- ),男,济南人,教授,博士,主要研究方向为计算力学,多体系统动力学,喷丸表面处理技术. E-mail:wangjianming@sdu.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(51375267)

Numerical simulations of a particle impacting to affect the surface
morphology by SPH coupled FEM

WANG Jian-ming, PEI Xin-chao, FAN Xian-hang, LIU Wei, CAO Yan-chao   

  1. School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China
  • Received:2012-10-25 Online:2013-10-20 Published:2012-10-25

摘要:

为消除有限元法(finite element method, FEM)处理切屑分离及大变形问题的局限,使用光滑粒子流体动力学法(smooth particle hydrodynamics, SPH)耦合FEM模拟此类问题。工件使用SPH建模,弹丸使用FEM建模,二者通过接触算法实现耦合,通过仿真实验研究锐边弹丸在不同入射条件下撞击工件时,弹丸的翻转效应对工件表面弹坑深度、切屑堆积高度的影响。结果表明:当前倾角较大时,弹丸向前翻转,对工件表面产生碾压作用,形成尖锐的弹坑,切屑堆积在弹坑前部边缘不与工件分离;当前倾角较小时,弹丸向后翻转,对工件表面产生铲削作用,切屑与工件分离,弹坑横截面光滑而平缓。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型及结果的正确性,为锐边弹丸侵蚀工件表面的仿真研究提供新的手段。

关键词: 锐边弹丸撞击, 光滑粒子流体动力学法耦合有限元法, 翻转作用, 表面形貌, 数值模拟

Abstract:

The  smoothed particle hydrodynamics (SPH) method coupled FEM was applied to eliminate the limitations of finite element method (FEM) dealing with the chip separation and large deformation of the work piece. The SPH particles were used to model the work piece and the FEM was applied to discrete the angular particle, which  were coupled by using the contact algorithm. The influence of particle rotating effects on the crater depths and chips pile-up heights was studied under different simulation incidence conditions. The results showed that the particle would rotate forward when its rake angle bacame  large enough. The angular crater would be formed and chips would pile up at the edge of the crater without separating from the work piece. On the other hand, the particle would rotate backward when its rake angle was small. A shallow and smoothed crater would be formed and chips would separate from the work piece. The simulation model and results were validated by the existing theoretical and experimental data, which could provide an effective simulation research method to study angular particle erosion.

Key words: angular particle impact, smoothed particle hydrodynamics coupled finite element method, rotating effects, surface morphology, numerical simulation

中图分类号: 

  • O242.21
[1] 王忠啸,崔新壮,崔社强,张磊,车华桥,苏俊伟. 咸水区水泥土桩劣化及改性对道路复合地基的影响[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(4): 69-77.
[2] 宋贵杰. 浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(2): 53-60.
[3] 王丹华,张冠敏,冷学礼,徐梦娜,韩圆圆. T型管内两相流分配特性数值模拟[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(1): 89-95.
[4] 夏梦然,李卫,冯啸,朱光轩,李夏. 极浅埋富水砂层地铁横通道注浆加固与开挖稳定性[J]. 山东大学学报(工学版), 2017, 47(2): 47-54.
[5] 郑林彬,王建明,何讯超. 2024铝合金喷丸粗糙度试验与数值模拟[J]. 山东大学学报(工学版), 2017, 47(1): 84-89.
[6] 吕国仁,张群,牛奔,高全亭,武照收. 高层建筑桩基施工对邻近建筑物的影响[J]. 山东大学学报(工学版), 2017, 47(1): 48-58.
[7] 彭元诚,董旭,梁娜,邓振全. 北盘江新型空腹式连续刚构桥角隅节点模型试验研究[J]. 山东大学学报(工学版), 2016, 46(6): 113-119.
[8] 米春荣,李建明. 预应力混凝土管桩后注浆器的研制与应用[J]. 山东大学学报(工学版), 2016, 46(4): 89-95.
[9] 周乾,闫维明,纪金豹. 故宫灵沼轩钢结构动力特性与地震响应[J]. 山东大学学报(工学版), 2016, 46(1): 70-79.
[10] 汤潍泽, 欧金秋, 崔新壮, 楼俊杰, 肖溟, 张炯, 黄丹, 侯飞. 车载引起的沥青路面内动水压力现场试验研究[J]. 山东大学学报(工学版), 2015, 45(6): 84-90.
[11] 秦明臣, 董勇, 崔琳, 睢辉, 刘景龙. 双循环湿法烟气脱硫流动传质模拟[J]. 山东大学学报(工学版), 2015, 45(5): 88-94.
[12] 曹伟东, 戴涛, 于金彪, 席开华, 鲁统超, 程爱杰. 化学驱数值模拟的IMPIMC方法[J]. 山东大学学报(工学版), 2015, 45(1): 88-94.
[13] 高智珺, 崔新壮, 隋伟, 郭洪, 刘航, 李长义, 冯洪波. 大型失控车辆与隧道衬砌的动态相互作用与损伤分析[J]. 山东大学学报(工学版), 2014, 44(5): 49-57.
[14] 周前, 赵德刚. 水平旋喷桩在富水砂层浅埋暗挖隧道中的应用[J]. 山东大学学报(工学版), 2014, 44(4): 52-57.
[15] 张涛, 韩吉田, 闫素英, 于泽庭, 周然. 太阳能真空管的热性能分析与测试[J]. 山东大学学报(工学版), 2014, 44(4): 76-83.
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