(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111475516.8 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 崔皓　刘永寿　翟洪波　田魏婧　 周柏承　李娜　樊鑫　 (74)专利代理 机构 西北工业大 学专利中心 61204 代理人 金凤 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种评估金属框架结构受多次冲击累积毁 伤的数值方法 (57)摘要 本发明公开了一种评估金属框架结构受多 次冲击累积毁伤的数值方法， 该方法以显式动力 学分析为基础， 设置临界阻尼进行显式回弹分析 实现冲击后自 由振动的卸载， 应用John son‑cook 失效模型及累积损伤方程计算典型框架结构的 损伤量， 最后应用重启动技术实现单元、 节 点、 部 件的力学状态 量在不同冲击间的传递， 得到典型 框架结构受多次冲击的损伤累积历程。 本发明可 以及时地对围护结构进行维修和更换， 延长武器 装备的使用寿命， 减少人员的伤亡。 该方法不需 要进行试验， 分析方法简单易于操作， 有效降低 成本。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114218671 A 2022.03.22 CN 114218671 A 1.一种评估金属框架结构受多次冲击累积毁伤的数值方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 步骤1： 建立金属框架结构的有限元模型； 步骤2： 对步骤1建立的有限元模型进行显式动力学分析， 获得金属框架结构受爆炸冲 击载荷下的动响应； 步骤3： 利用重启动技术， 结合显式回弹分析， 将金属框架结构受到冲击后产生的自由 振动卸载； 步骤4： 当金属框架结构的振动被卸载处于稳定状态时， 提取金属框架结构动响应力学 参量； 步骤5： 将动响应力学参量代入到Johnson ‑cook失效模型和累积损伤方程， 计算结构的 损伤量； 步骤6： 若步骤5计算得到的损伤量小于1， 则返回步骤2， 进行下一次冲击计算； 若损伤 量大于等于1， 则判定金属框架结构已经处于失效状态， 结束计算； 步骤7： 记录每次冲击时的损伤量数值， 绘制损伤量随冲击次数增加的变化图， 经过拟 合后得到多次冲击作用下的累积损伤规 律。 2.根据权利要求1所述的一种评估金属框架结构受多次冲击累积毁伤的数值方法， 其 特征在于， 所述建立金属框架结构的有限元模型的工具为 LS‑DYNA。 3.根据权利要求1所述的一种评估金属框架结构受多次冲击累积毁伤的数值方法， 其 特征在于， 所述金属框架结构动响应力学参量包括面板最大挠度点的XYZ三个方向主应力、 塑性应变量和V‑M应力。 4.根据权利要求1所述的一种评估金属框架结构受多次冲击累积毁伤的数值方法， 其 特征在于， 所述Johnso n‑cook失效模型和累积损伤方程分别由式(1)及式(2)给 出： 其中， εf表示失效应变， σ *为应力三轴度， D1～D5分别为试验测得的材料的失效参数； 表示无量纲塑性应变率， T*表示同系温度， Troom为室温， Tmelt为金属的熔 点； 其中， D为损伤量， △εp为塑性应 变的增量， 当损伤量D>1时认为材 料失效。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114218671 A 2一种评估金属框架结构受 多次冲击 累积毁伤的数值方 法 技术领域 [0001]本发明属于毁伤评估技 术领域， 具体涉及一种多次冲击累积毁伤的数值方法。 背景技术 [0002]在复杂的战场上， 无论是各种类型装甲车辆的车门结构、 轻装甲的围护结构(即外 层板架， 金属板加肋)、 还 是舰船结构， 都可视为含肋金属框架结构， 都是各类系统防护的薄 弱点。 其防护效果决定了武器装备的功能实现和使用寿命。 但在战场中， 此类围护易受多次 爆炸冲击波作用形成损伤， 如产生可见 的宏观塑性变形。 所以评估围护结构受多次冲击波 作用的累积损伤对于提高武器装备的使用寿命具有重要意 义。 [0003]专利公开号CN110595298A提出了一种冲击毁伤等效靶装置， 通过观测惯性系统受 力前后位置的变化， 推测出待测量冲击的加速度是否超过设定值， 进而判断等效设备是否 被破坏， 但通过加速度判定是否发生破坏的方法考虑的影响因素较少， 且通过试验的方法 判定损伤会产生较大的试验成本 。 [0004]专利公开号CN109933903A提出了一种构件表面载荷分布规律的分析方法， 利用得 到的爆炸载荷参数对构件的破坏进行评估分析， 方案简单。 但其只考虑一次冲击后的破坏 评估分析， 且没有给 出构件在多次冲击下的损伤累积规 律， 具有一定的局限性。 [0005]目前冲击波毁伤评估主要针对一次冲击开展， 然而在实际复杂战场环境中， 武器 装备可能面对多次冲击， 产生累积损伤， 最 终发生破坏的情况。 目前并没有完整的体系表征 构件受多次冲击累积损伤的积累情况， 机理问题更是不清楚， 常常导致围护结构没有得到 及时的更 换， 最终降低了武器装备的使用寿命， 造成大量的经济及人员损失。 发明内容 [0006]为了克服现有技术的不足， 本发明提供了一种评估金属框架结构受多次冲击累积 毁伤的数值方法， 该方法以显式动力学分析为基础， 设置临界阻尼进行显式回弹分析实现 冲击后自由振动的卸载， 应用Johnson ‑cook失效模型及累积损伤方程计算典型框架结构的 损伤量， 最后应用重启动技术实现单元、 节点、 部件的力学状态量在不同冲击间的传递， 得 到典型框架结构受多次冲击的损伤累积历程。 本发明可以及时地对围护结构进行维修和更 换， 延长武器装备 的使用寿命， 减少人员的伤亡。 该方法不需要进行试验， 分析方法简单易 于操作， 有效降低成本 。 [0007]本发明解决其 技术问题所采用的技 术方案包括如下步骤： [0008]步骤1： 建立金属框架结构的有限元模型； [0009]步骤2： 对步骤1建立的有限元模型进行显式动力学分析， 获得金属框架结构受爆 炸冲击载荷下的动响应； [0010]步骤3： 利用重启动技术， 结合显式回弹分析， 将金属框架结构受到冲击后产生的 自由振动卸载； [0011]步骤4： 当金属框架结构的振动被卸载处于稳定状态时， 提取金属框架 结构动响应说　明　书 1/4 页 3 CN 114218671 A 3