一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法，包括以下步骤：在abaqus中建立相应几何模型并导出inp文件；对建立的几何模型中的陶瓷层插入0厚度的cohesive单元模拟裂纹生成，更新几何模型，生成包含Cohesive单元的inp文件；利用py脚本调用inp文件进行求解，获得复合装甲在子弹侵彻下的最大位移，将得到的最大位移作为优化的约束条件；利用GWO算法，进行优化求解；利用机器学习算法对GWO优化算法的结果进行验证并实现结果可视化。本发明专利技术充分考虑了裂纹的生成对抗侵彻性能的影响，为优化过程中目标函数的计算提供了更为精准和有效的数据，采用GWO算法，有着较高的收敛速度和精度，计算过程清晰直观，操作方便。操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法


[0001]本专利技术涉及装甲防护
，具体涉及一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法。

技术介绍

[0002]防弹材料作为保护作战人员生命安全的重要保障，经历了由金属材料到合成高分子柔性材料再到刚柔复合材料的演变，实现了材料成分由单一化到多元化的转变。传统金属装甲主要通过塑性变形和硬化降低冲击体动能，在现代战争中，随着反装甲武器和弹药的损毁能力不断提高，需要更大更重的金属装甲才能抵抗侵彻，这给装甲配备造成了很大的质量负担，也成为战略战术有效发挥的阻碍。因此，单一的材料无法满足现今轻质高强装甲防护需求，这就为由多层材料所组成的复合装甲领域提供了广阔的发展前景。新材料技术在军事上的用途十分广泛，可提升武器装备的性能，在军事领域新材料技术正向高功能化、复合轻量和智能化的方向发展。陶瓷材料作为一种先进的高技术材料，具有高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨性和重量轻的特点，不仅应用在坦克的防护上，也应用在飞机、舰船、车辆、关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上。实践表明，世界上许多先进坦克的防护装甲采用高性能陶瓷后，防护能力明显提高，陶瓷已经成为复合装甲不可缺少的材料之一。目前对于均质装甲的侵彻和损伤机理的研究在国内外已经发展成熟，但由于陶瓷材料的易脆性和陶瓷复合装甲结构和材料的复杂性使陶瓷复合装甲的侵彻和损伤机理研究相对较少。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法,目的在于针对现有陶瓷复合装甲抗侵彻性能实验存在的花费大、耗时长的缺点。
[0004]本专利技术采用下述的技术方案：一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法，包括以下步骤：
[0005]S1：在abaqus软件当中，根据子弹侵彻复合装甲的实际情况建立相应几何模型并导出inp文件；
[0006]S2：基于步骤S1建立的几何模型，对复合装甲中的陶瓷层插入0厚度的 cohesive单元模拟裂纹生成，更新几何模型，生成包含Cohesive单元的inp文件；
[0007]S3：利用py脚本调用步骤S2中的inp文件进行求解，获得复合装甲在子弹侵彻下的最大位移，将得到的最大位移作为优化的约束条件；
[0008]S4：利用GWO算法，将步骤S3所得结果引入优化问题，不断更新模型厚度，并计算子弹侵彻导致的装甲板最大位移，经过预设迭代次数后输出和保存优化结果，进行优化求解；
[0009]S5：利用机器学习算法对GWO优化算法的结果进行验证并实现结果可视化。
[0010]优选的，所述步骤S1包括：
[0011]S101：在abaqus中，根据实际尺寸建立具体的几何模型；
[0012]S102：针对几何模型的不同部件赋予不同的材料属性；
[0013]对于陶瓷部分采用了JHC模型，JHC模型的损伤累积模型采用的累计方式对于模拟陶瓷损伤的方式具有较高的精度，D值位于0到1之间，决定着陶瓷材料的损伤量，当陶瓷材料处于未损伤状态时，D为0，当陶瓷材料发生彻底损坏时，D为1，且D具有如下关系式：
[0014][0015]式中：p代表任意时间步下的塑性应变，代表当所受静水压为P时，材料陶瓷材料所具有的塑性应变，具有如下关系式：
[0016][0017]式中：D1和D2代表材料常数，一般是由实验测得；P*表示正则化压力； T*表示正则化最大静水压力，当且仅当P*＝
‑
T*时，材料不具有任何弹塑性，无法发生塑性应变。
[0018]当复合装甲中含有金属Al板和弹头steel的材料时本构和失效准则采用 Johnson
‑
cook本构模型：
[0019][0020]式中，ε
*
为相对等效塑性应变率；Tr为室温；T
m
为材料熔点；A为屈服应力B为应变硬化；N为应变硬化指数；C为应变率相关系数；M为温度相关系数。
[0021]当复合装甲中含有聚乙烯PE时采用Hashin模型进行描述。
[0022]S103：选择显示动力学求解器，因为子弹侵彻复合材料装甲的过程涉及到冲击碰撞，且伴随着瞬态大变形和材料破坏失效，其表达式为：
[0023][0024]式中，M表示质量；C表示阻尼；k表示刚度；表示加速度；表示速度； U表示位移；
[0025]S104：对所有几何模型进行离散化；
[0026]S105：导出inp文件。
[0027]优选的，所述步骤S2包括：
[0028]S201：导入步骤S105所获得的inp文件；
[0029]S202：获取所有内部表面；
[0030]S203：通过新增节点的方式将所有内部表面拆分成两个面；
[0031]S204：将步骤S203中拆分出的两个面组成一个Cohesive单元；
[0032]S205：将node.txt，ele.txt，coh.txt分别拷贝到陶瓷层的节点处、陶瓷层单元处、陶瓷层单元后。
[0033]优选的，所述步骤S3包括：
[0034]S301：在abaqus中新建一个工程，导入步骤S1获得的inp文件，输出装甲板的最大侵彻位移；
[0035]S302：将随工程一同创建的rpy文件改成py文件；
[0036]S303：利用命令行的方式直接调用步骤S302生成的py文件，即可完成 abaqus中的
计算和提取结果操作。
[0037]优选的，所述步骤S4采用GWO算法，对设计变量、目标函数、约束条件、搜索代理数、迭代次数进行设置，根据具体情况利用骤S3中返回的仿真结果作为其目标函数或约束条件。将狼群中最适解作为α，第二合适解命名为β，第三合适解命名为δ，剩下的候选解被命名为ω。在GWO算法中，由α，β和δ引导ω跟随。
[0038]在狩猎过程中，将灰狼围捕最优解的行为定义如下：
[0039]D＝|C
·
X
P
(t)
‑
X(t)|
[0040]X(t+1)＝X
P
(t)
‑
A.D
[0041]D表示个体与最优解间的距离，X(t+1)是灰狼的位置更新公式。其中，t是目前的迭代代数，A和C是系数向量，Xp和X分别是最优解的位置向量和灰狼的位置向量。A和C的计算公式如下：
[0042]A＝2a
·
r1‑
a(3)
[0043]C＝2
·
r2(4)
[0044]其中，a是收敛因子，随着迭代次数从2线性减小到0，r1和r2的模取[0，1]之间的随机数。
[0045]灰狼能够识别最优解的位置并包围它们。当灰狼识别出最优解的位置后，α、β和δ的带领下指导狼群包围最优解。灰狼个体跟踪最优解位置的数学模型描述如下：
[0046]D
α
＝|C1·
X
α
‑
X|
[0047]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在abaqus软件当中，根据子弹侵彻复合装甲的实际情况建立相应几何模型并导出inp文件；S2：基于步骤S1建立的几何模型，对复合装甲中的陶瓷层插入0厚度的cohesive单元模拟裂纹生成，更新几何模型，生成包含Cohesive单元的inp文件；S3：利用py脚本调用步骤S2中的inp文件进行求解，获得复合装甲在子弹侵彻下的最大位移，将得到的最大位移作为优化的约束条件；S4：利用GWO算法，将步骤S3所得结果引入优化问题，不断更新模型厚度，并计算子弹侵彻导致的装甲板最大位移，经过预设迭代次数后输出和保存优化结果，进行优化求解；S5：利用机器学习算法对GWO优化算法的结果进行验证并实现结果可视化。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法，其特征在于，所述步骤S4采用GWO算法，对设计变量、目标函数、约束条件、搜索代理数、迭代次数进行设置，根据具体情况利用骤S3中返回的仿真结果作为其目标函数或约束条件。3.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合装甲抗侵彻性能优化方法，其特征在于，所述步骤S4优化问题数学模型如下：m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建涛，金铸城，陈乐涵，唐名，曾庆丰，冯志强，关康，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：