1.2 相關(guān)軟件介紹

1.2.1 AUTODYN軟件簡(jiǎn)介

AUTODYN是美國(guó)Century Dynamics公司于1985年在加州硅谷開發(fā)的一款軟件產(chǎn)品，其采用有限差分和有限元技術(shù)來解決固體、流體、氣體及其相互作用的高度非線性動(dòng)力學(xué)問題。它提供很多高級(jí)功能，具有濃厚的軍工背景，在國(guó)際軍工行業(yè)占據(jù)80%以上的市場(chǎng)，尤其在水下爆炸、空間防護(hù)、戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有其不可替代性。經(jīng)過不斷的發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用，AUTODYN已經(jīng)成為一個(gè)擁有良好用戶界面的集成軟件包，包括：有限元（FE），用于計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)；有限體積運(yùn)算器，用于快速瞬態(tài)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）；無網(wǎng)格/粒子方法，用于大變形和碎裂（SPH）；多求解器耦合，用于多種物理現(xiàn)象耦合情況下的求解；豐富的材料模型，如金屬、陶瓷、玻璃、水泥、巖土、炸藥、水、空氣及其他的固體、流體和氣體的材料模型與數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、快速流體流動(dòng)、材料模型、沖擊，以及爆炸和沖擊波響應(yīng)分析。AUTODYN集成了前處理、后處理和分析模塊。同時(shí)，為了保證最高的效率，采取高度集成環(huán)境架構(gòu)。它能夠在Microsoft Windows和Linux/UNIX系統(tǒng)中以并行或者串行方式運(yùn)行，支持共享的內(nèi)存和分布式集群。圖1-10所示為AUTODYN軟件界面。

AUTODYN有別于一般的顯式有限元或者計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)程序。從一開始，就致力于用集成的方式自然而有效地解決流體和結(jié)構(gòu)的非線性行為，這種方法的核心在于復(fù)雜的材料模型與流體結(jié)構(gòu)程序的無縫結(jié)合方式。目前，AUTODYN軟件的主要特色功能有：

（1）流體、結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)。

（2）擁有FE、CFD和SPH等多個(gè)求解器，并且FE可以和其他的求解器耦合。

（3）除了流體和氣體，其他有強(qiáng)度的材料（如金屬）可以運(yùn)用于所有的求解器。

（4）從FE求解器到CFD求解器的完全映射功能，反之亦然。

（5）高度可視化的交互式GUI界面。

（6）求解器與前、后處理器的無縫集成。

（7）完善的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)包含有熱力學(xué)和本構(gòu)響應(yīng)。

（8）在共享內(nèi)存和分布式內(nèi)存系統(tǒng)上并行和串行運(yùn)算方式。

（9）資深開發(fā)者的直接指導(dǎo)。

（10）直觀的用戶界面。

（11）對(duì)于大量試驗(yàn)現(xiàn)象的驗(yàn)證。

在性能方面，AUTODYN的新一代有限元求解器（FE）能夠?qū)崿F(xiàn)在更短的時(shí)間內(nèi)求解更大型、更復(fù)雜模型，并且與其他有限元求解器和CAE軟件結(jié)合更為便利，從而大大提高了AUTODYN軟件的靈活性。除了更有效、精確的FSI方法，用于多種材料計(jì)算的流體動(dòng)力學(xué)（CFD）求解器也有明顯增強(qiáng)，提高了廣泛的尤其是包括振動(dòng)和爆炸應(yīng)用案例求解的穩(wěn)健性和精確度。AUTODYN的并行能力也在諸多方面有了突破，包括CFD及其與有限元求解器的連接。同時(shí)，在新材料模擬及前后處理能力方面有了很大進(jìn)步。

在模型方面，AUTODYN軟件具有便捷、務(wù)實(shí)和復(fù)雜的造型特點(diǎn)。它具有廣泛的材料模型庫(kù)，可模擬幾乎所有的固體、液體和氣體（例如：金屬、復(fù)合材料、陶瓷、玻璃、水泥、土壤、炸藥）。幾乎所有的狀態(tài)方程、強(qiáng)度和失效/損傷材料模型都集成到了AUTODYN軟件的材料庫(kù)中。AUTODYN軟件部分材料模型如圖1-11所示。

在軟件開放性方面，AUTODYN軟件具有開放式構(gòu)架。其大多數(shù)的功能，如狀態(tài)方程、強(qiáng)度模型、損傷模型均能夠?qū)崿F(xiàn)開放式的功能。AUTODYN軟件允許用戶通過使用用戶子程序和用戶變量來實(shí)施可擴(kuò)展的功能。AUTODYN拓展了ANSYS軟件解決復(fù)雜問題的高速、瞬態(tài)耦合場(chǎng)問題的先進(jìn)技術(shù)，包括有限元求解器、CFD及無網(wǎng)格方法。它使得ANSYS軟件具備了強(qiáng)大的工程設(shè)計(jì)和仿真能力，為統(tǒng)一整合所有核心技術(shù)的ANSYS Workbench提供了技術(shù)支撐。

AUTODYN軟件已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等得到了深入廣泛的應(yīng)用。尤其在分析高度非線性、高速?zèng)_擊載荷作用等理論和試驗(yàn)不容易解決的問題方面，該軟件發(fā)揮了其不可替代的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)了問題的解決，推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展。以下是AUTODYN軟件在實(shí)際工程應(yīng)用中的案例。

圖1-12給出了子彈對(duì)靶板的侵徹過程。

圖1-13給出了城市中心爆炸效應(yīng)分析過程。

圖1-14給出了邊墻破壞實(shí)際和仿真效果對(duì)比圖。

圖1-15給出了頭盔碰撞桿的作用過程。

圖1-16給出了鳥對(duì)飛行器撞擊后的破壞。

AUTODYN是目前模擬結(jié)構(gòu)在瞬態(tài)載荷作用過程中的變化規(guī)律和破壞形態(tài)的最好、最清晰的軟件，目前已成為世界范圍內(nèi)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、快速流體流動(dòng)及爆炸和沖擊波響應(yīng)分析的重要研究平臺(tái)，具有良好的應(yīng)用前景，能夠較好地滿足彈藥爆炸毀傷仿真的需要。

1.2.2 TrueGrid軟件簡(jiǎn)介

TrueGrid是美國(guó)XYZ Scientific Applications公司推出的著名、專業(yè)通用的網(wǎng)格劃分前處理軟件。其支持大部分有限元分析（FEA）及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件。它采用命令流的形式來完成整個(gè)建模過程，可以支持外部輸入的IGES數(shù)據(jù)，也可以在TrueGrid中通過Block或Cylinder命令來創(chuàng)建基本塊體，然后使用TrueGrid強(qiáng)大的投影功能完成各種復(fù)雜的建模。

TrueGrid作為前處理軟件，可以為AUTODYN軟件的仿真計(jì)算提供優(yōu)秀的網(wǎng)格，提高計(jì)算精度和計(jì)算速度。

本書中的仿真算例除簡(jiǎn)單的模型在AUTODYN軟件中直接生成外，其余均由TrueGrid生成后導(dǎo)入AUTODYN軟件進(jìn)行計(jì)算。