3. 例. 衝突実験との比較. ポリカ球->Al板

千葉工大 惑星探査研で行った室内衝突実験と比較するための計算例 (千葉工大 黒澤)

  • 直径4.7 mmのポリカーボネイト球を7.3 km/sでAl円板に衝突させ、高速ビデオカメラで撮像した。
  • 「Collision2D」をベースにInput fileを書き換え、比較計算を行った。

使用したasteroid.inp

#ISINP
------------------------------------------------------------------------
--- this is the new input file used by iSALE versions of v7.0 and higher
------------------- General Model Info ---------------------------------
VERSION     __DO NOT MODIFY__             : 4.1
DIMENSION   dimension of input file       : 2
PATH        Data file path                : ./
MODEL       Modelname                     : Collision2D
------------------- Mesh Geometry Parameters ---------------------------
GRIDH       horizontal cells              : 0           : 280         : 160
GRIDV       vertical cells                : 200         : 360         : 80
GRIDEXT     ext. factor                   : 1.05d0
GRIDSPC     grid spacing                  : 5.875D-5
GRIDSPCM    max. grid spacing             : -4.0D+0
CYL         Cylind. geometry              : 1.0D0
------------------- Global setup parameters -----------------------------
S_TYPE      setup type                    : DEFAULT
T_SURF      Surface temp                  : 293.D0
GRAD_TYPE   gradient type                 : NONE
PR_TRACE    Collision tracers             : 1
COL_SITE    Cell no. of impact            : 170
------------------- Projectile ("Object") Parameters --------------------
OBJNUM      number of objects             : 1
OBJRESH     CPPR horizontal               : 40
OBJRESV     CPPR vertical                 : 40
OBJVEL      object velocity               : -7.3D3
OBJMAT      object material               : body__1
OBJTYPE     object type                   : SPHEROID
OBJOFF_V    proj offset (ver)             : 0
------------------- Target Parameters ----------------------------------
LAYNUM      layers number                 : 2
LAYPOS      layer position                : 1           : 350
LAYMAT      layer material                : core__2     : mantle2
LAYTPROF    thermal profile               : CONST       : CONST
------------------- Time Parameters ------------------------------------
DT          initial time increment        : 2.5D-9
DTMAX       maximum timestep              : 5.D-4
TEND        end time                      : 5.0D-5
DTSAVE      save interval                 : 1.0D-7
------------------- Boundary Condition Parameters ----------------------
BND_L       left                          : FREESLIP
BND_R       right                         : OUTFLOW
BND_B       bottom                        : OUTFLOW
BND_T       top                           : OUTFLOW
------------------- Numerical Stability Parameters ---------------------
AVIS        art. visc. linear             : 0.2D0
AVIS2       art. visc. quad.              : 1.0D0
------------------- Tracer Particle Parameters -------------------------
TR_QUAL     quality                       : 1
TR_SPCH     tracer spacing X              : -10.D0      : -300.D0     : -10.D0
TR_SPCV     tracer spacing Y              : -10.D0      : -300.D0     : -20.D0
TR_VAR      add. tracer fiels             : #TrP-TrT-Trp-TrA-TrV-TrM#
------------------- (Material) Model parameters (global) ---------------
STRESS      Consider stress               : 1
------------------- Data Saving Parameters -----------------------------
QUALITY     Compression rate              : 80
VARLIST     List of variables             : #Den-Tmp-Pre-Sie-Dam-Yld-Alp-VEL#
------------------------------------------------------------------------
<<END

使用したmaterial.inp

#ISMAT
--------------------------------------------------------------------------------
MATNAME     Material name                 : body__1     : mantle2     : core__2
EOSNAME     EOS name                      : polycar     : aluminu     : perfgas
EOSTYPE     EOS type                      : tillo       : tillo       : tillo
STRMOD      Strength model                : HYDRO       : JNCK        : HYDRO
DAMMOD      Damage model                  : NONE        : NONE        : NONE
ACFL        Acoustic fluidisation         : NONE        : NONE        : NONE
PORMOD      Porosity model                : NONE        : NONE        : NONE
THSOFT      Thermal softening             : NONE        : JNCK        : NONE
LDWEAK      Low density weakening         : NONE        : NONE        : NONE
--------------------------------------------------------------------------------------------------
---------general parameters ----------------------------------------------------------------------
POIS        pois                          : 2.5D-01     : 3.3D-01     : 5.0D-01
---------thermal softening -----------------------------------------------------------------------
TFRAC       tfrac                         : 1.2D+00     : 1.2D+00     : 1.2D+00
----- Minimum Pressure ---------------------------------------------------------------------------
PMININ      minimum pressure      					   : XXXXXXXXXX  : -2.440D+09	 : XXXXXXXXXX
---------thermal parameters ----------------------------------------------------------------------
TMELT0      tmelt0                        : 1.373D+03   : 9.3300D+02  : 1.373D+03
CHEAT       C_heat                        : 1.D+03      : 8.9600D+02  : 1.D+03
ASIMON      a_simon                       : 1.52D+09    : 6.0000D+09  : 1.52D+09
CSIMON      c_simon                       : 4.05D+00    : 3.0000D+00  : 4.05D+00
---------shear strength of intact material -------------------------------------------------------
YINT0       yint0                         : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 1.D+07
FRICINT     fricint                       : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 6.D-01
YLIMINT     ylimint                       : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 2.D+09
---------shear strength of damaged material ------------------------------------------------------
YDAM0       ydam0 (ycoh)                  : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 1.D+06
FRICDAM     fricdam                       : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 6.D-01
YLIMDAM     ylimdam                       : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 2.5D+09
---------porosity properties (Wuennemann) --------------------------------------------------------
ALPHA0      Initial porosity              : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 30.D+00
EPSE0       Elastic threshold             : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : -1.D-05
ALPHAX      Transition                    : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 1.D+00
KAPPA       Exp Coefficient               : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 9.8D-01
CHI         Sound speed ratio             : XXXXXXXXXX  : XXXXXXXXXX  : 1.D+00
----- Johnson-Cook strength parameters -----------------------------------------------------------
JC_A        strain coeff. a       	   : XXXXXXXXXX  : 2.4400D+08  : XXXXXXXXXX
JC_B        strain coeff. b        	   : XXXXXXXXXX  : 4.8800D+08  : XXXXXXXXXX
JC_N        strain exponent               : XXXXXXXXXX  : 4.2000D-01  : XXXXXXXXXX
JC_C        str. rate coeff c             : XXXXXXXXXX  : 0.0000D-00  : XXXXXXXXXX
JC_M        thermal soft.          	   : XXXXXXXXXX  : 1.3400D+00  : XXXXXXXXXX
JC_TREF     ref. temperature       	   : XXXXXXXXXX  : 2.9300D+02  : XXXXXXXXXX
--------------------------------------------------------------------------------------------------
<<END

計算結果

iSALE_Polycar-Al.gif

実験結果

Shot15.mov

クレータプロファイル比較

Crater_profile.jpg

☆コメント☆

実験と調和的な点

  • 着弾直後の強い自発光(弾丸&標的のShock heating, 衝撃圧縮中のポリカ弾丸の温度は数千K)
  • 着弾から3-4 us後に放出物カーテンがちぎれはじめる。
  • クレータプロファイル

実験と不調和な点

  • 潰れた半球状の自発光蒸気雲が計算では現れない(Low density cutoffが効いているようだ。)
  • 最終的なクレータリムの形状。
    • 実験: 変形することで、リムが成形される。
    • 計算: ちぎれ飛んで、リムが成形される。
  • 恐らく使用したAlの強度モデルが適していない。
Last modified:2014/04/22 00:02:53
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