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简介
冲击动力学、爆炸力学及武器弹药设计等领域涉及大量高度非线性的瞬态加载、高应变率材料行为问题。理论分析、实验研究和数值模拟是解决此类问题的主要技术手段。随着计算力学的发展，采用流体编码（Hydrocode）的数值模拟技术得到迅速发展，它以其直观获得动力学全过程图像，揭示其内在规律方面的优势而在爆炸冲击领域得以愈加广泛的应用。数值模拟的本质是将现实物理问题转换成空间离散模型，并通过有限差分和有限元等方法在电脑上求解由偏微分方程、常微分方程、积分方程等组成的封闭方程组。然而由于初学者对数值模拟本质及理论基础认识不足，往往会出现对数值模拟过度依赖、盲目乱用等问题，甚至得出误导性结论。 目前针对数值模拟软件的具体操作应用指导书较多，但详细归纳讲述基础理论和仿真经验方面的书籍相对匮乏。本书将较系统地介绍非线性动力学问题数值模拟的建模原则、常用算法基础理论与应用方法，书中的许多内容结合多年的实践教学经验，具有一定的指导意义。 全书共分六章。**章简要介绍爆炸冲击问题的特点及数值模拟解决此类问题的基本流程。第二章围绕离散化建模介绍网格模型的分类和构建原则，并结合专用网格划分工具讲解典型模型的构建方法。第三章详细讲述基于有限差分的二维拉格朗日算法和典型应用。第四章则重点讲述三维拉格朗日算法。第五章详细介绍多物质欧拉算法。第六章讲述ALE、耦合、SPH等拉格朗日欧拉的替代方法。第七章详细介绍了非线性动力学数值模拟常用材料模型（状态方程、强度模型及失效准则）的表征形式、选用原则。第八章针对数值模拟实际需求介绍典型材料模型参数的实验测定方法。 本书可作为理工科院校和科研院所的有关专业高年级本科生、研究生学习非线性动力学数值模拟技术的教材或参考书，也可作为国防军工、航空航天、制造业、安全工程等行业工程技术人员解决工程问题的参考资料。
目录
第1章 概述1.1 引言1.2 科学认识数值模拟1.3 爆炸冲击数值模拟常用软件1.3.1 AUTODYN软件1.3.2 LS-DYNA软件1.3.3 MSC-Dvtran软件1.3.4 PAM-CRASH软件1.3.5 ABAOtJS软件1.3.6 SPEED软件1.3.7 Imoa3D软件1.4 数值模拟技术的发展与展望1.4.1 数值模拟技术发展趋势1.4.2 国内现状分析第2章 数值模拟前处理建模2.1 数值模拟解决工程问题的基本流程2.2 数值模拟程序组成2.2.1 前处理(Preprocessin)2.2.2 求解计算(Solution)2.2.3 后处理(Postgrocessin)2.3 前处理建模基本流程及模型格式信息2.3.1 前处理建模基本流程2.3.2 数值模型格式信息2.3.3 数值模拟误差分析2.4 网格基本分类2.4.1 按维数分类2.4.2 按排列形式分类2.5 网格模型构建原则2.5.1 网格尺寸对数值模拟精度的影响2.5.2 网格模型的构建原则2.6 网格模型构建方法2.6.1 网格模型常用构建算法2.6.2 网格模型的构建软件2.6.3 FrueGrid构建网格模型2.6.4 ICEM构建网格模型第3章 拉格朗日算法及其应用3.1 引言3.2 控制方程3.3 拉格朗日计算循环3.3.1 网格单元变量3.3.2 网格单元体积和应变率3.3.3 压力和应力3.3.4 节点力3.3.5 节点加速度、速度和位移3.3.6 边界条件3.3.7 时间步长3.4 克服拉格朗日网格过度扭曲的方法3.5 拉格朗曰算法小结3.6 典型应用示例3.6.1 破片穿靶模拟3.6.2 多点起爆EFP成型过程模拟第4章 欧拉算法及其应用4.1 引言4.2 控制方程4.3 欧拉计算循环4.3.1 欧拉网格4.3.2 求解过程4.3.3 人工黏性4.3.4 材料输运4.3.5 混合单元的处理4.3.6 时间步长4.4 欧拉算法小结4.5 典型应用示例4.5.1 聚能射流形成模拟4.5.2 爆炸冲击波传播过程模拟第5章 拉格朗日与欧拉的替代算法及其应用5.1 任意拉格朗日一欧拉(ALE)算法5.2 耦合算法5.3 光滑粒子流体动力学(SPH)方法5.4 壳单元(Shell)算法5.5 梁单元(Beam)算法5.6 典型应用示例5.6.1 炸药水中爆炸模拟5.6.2 接触爆炸对混凝土结构的损伤5.6.3 超高速碰撞模拟5.6.4 动能杆侵彻钢筋混凝土第6章 材料模型6.1 材料平衡状态区域图6.2 状态方程6.2.1 理想气体状态方程6.2.2 线性状态方程6.2.3 Mie—Gruneisen形式状态方程6.2.4 多项式状态方程6.2.5 Shock状态方程6.2.6 p一口模型6.2.7 高能炸药状态方程6.3 本构模型6.3.1 弹性模型6.3.2 弹塑性模型6.3.3 0hnson—Cook模型6.3.4 Zerilli—Armstrong模型6.3.5 Steinberg—Guinan模型6.3.6 HJC模型6.3.7 RHT模型6.4 失效模型6.4.1 失效类模型6.4.2 体积(各向同性)失效模型6.4.3 方向性失效模型6.4.4 累积损伤模型6.5 材料模型的选取第7章 典型材料模型参数试验测定方法7.1 典型材料特性试验方法7.1.1 材料静态拉伸和扭转试验7.1.2 泰勒杆试验7.1.3 霍普金森压杆试验7.1.4 平板撞击试验7.1.5 圆筒试验7.2 典型材料模型参数的获取7.2.1 金属材料的冲击状态方程参数获取7.2.2 金属材料的Johnson—Cook本构模型参数拟合7.2.3 炸药JWL状态方程参数获取参考文献
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