壕沟地形对冲击波传播规律影响的数值模拟
发布时间：2021-10-09 05:26
为了研究壕沟地形对爆炸冲击波传播规律的影响,基于Autodyn-3D仿真软件,建立了不同宽度和深度壕沟地形及平整地面的触地爆炸数值模型,并通过求解获取了不同地形工况下的冲击波超压及冲量数据。结果显示,随着壕沟宽度的增加,壕沟底部测点3位置的首峰压力逐渐降低,当宽度大于0.7 m后,峰值压力保持不变,但冲量值仍降低;随着壕沟深度的增加,壕沟底部测点3位置的首峰压力也逐渐降低,但冲量值反而增加,当深度大于0.6 m时,峰值压力降低的趋势已不明显。相关结论可为炸药装药在壕沟地形爆炸的威力输出和安全防护提供指导。
【文章来源】：工程爆破. 2020,26(06)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
物理模型及剖面
利用Autodyn 3D进行建模和求解,考虑实际工况的对称性,建立1/2几何模型,并设置对称边界。空气域采用Euler算法,除对称面外,各边界设置流出边界条件,以模拟实际条件下的无限空气域。为了提高计算效率,利用Autodyn 2D首先进行平整地面球形装药中心起爆冲击波场的计算,然后通过FCT映射,将2D冲击波场的计算结果映射到3D空气域中。这种方法减少了炸药起爆后冲击波传播至壕沟附近的计算量和时间,也减少了Euler场的尺寸,同时更大程度保证了计算结果的准确性[10]。2D模型空气域的尺寸为0.4 m×0.4 m。为了尽可能减少计算精度带来的误差,讨论了地形区域网格尺寸对计算结果的影响。针对区域单元边长分别选取0.03、0.02、0.015、0.012 m进行对比计算,取距爆心0.5 m处的冲击波峰值压力进行对比,结果分别为72、83、92、96 kPa,可以看出,随着网格尺寸的细化,计算结果越精确,但网格尺寸为0.015 m和0.012 m的数值结果已相差不大,因此在尽可能保证计算精度的前提下,为了提高计算效率,选择网格尺寸为0.015 m。将2D模型计算的结果映射到3D空间后的数值模型如图2所示。1.2.2 材料模型
1#和3#试验,测点3和5处的冲击波压力随时间变化的曲线如图3所示。从图中可以看出,由于壕沟地形的影响,位于壕沟底部中心位置测点3的峰值压力较平整地面的压力明显降低,且波形差异较大。平整地面的冲击波压力曲线呈现单一峰值,而壕沟底部的冲击波压力具有多个峰值。测点5也呈现类似的趋势,但和平整地面测点5的冲击波压力曲线差距较小。另外,壕沟底部测点的冲击波压力曲线相比平整地面的负压持续更长时间。产生这种现象的原因,可以通过壕沟地形的冲击波压力云图变化进行解释,3#试验不同时刻的冲击波压力云图如图4所示。在0.2 ms时刻,爆炸冲击波到达壕沟起始位置,开始传入壕沟底部;到1.1 ms左右,爆炸冲击波到达壕沟底部的测点3位置,形成第一个峰值压力,同时在壕沟的壁面有反射压形成;到1.6 ms,爆炸冲击波传到测点5,而在壕沟内壁面上形成了多处反射压;到2.1 ms左右,壕沟内反射压力汇聚,并再次传到测点3位置,形成第2个峰值压力。经过多次反射和能量耗散,测点3测到第3次峰值压力值已经很小了。图4 冲击波随时间变化的压力云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟[J]. 曲艳东,杨尚,李思宇,翟诚. 工程爆破. 2019(01)
[2]钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟[J]. 夏志成,蔡萌,孔新立. 工程爆破. 2018(05)
[3]条形药包爆炸挤密黄土路堤横向影响规律[J]. 魏连雨,李海超,刘艳竹. 爆炸与冲击. 2018(01)
[4]水下舷侧多层防护隔舱接触爆炸毁伤载荷特性分析[J]. 陈鹏宇,侯海量,吴林杰,朱锡. 爆炸与冲击. 2017(02)
[5]长方体密闭结构内爆炸冲击波传播与叠加分析模型[J]. 杨亚东,李向东,王晓鸣. 兵工学报. 2016(08)
[6]爆炸冲击波作用下预制孔靶板塑性变形规律的研究[J]. 蒋建伟,侯俊亮,门建兵,王树有. 高压物理学报. 2014(06)
[7]球形装药淤泥中爆炸场数值模拟及分析[J]. 单海波,徐全军,陈国祥,孙宝平,邵晓亮. 工程爆破. 2004(01)
[8]并行计算爆炸波在复杂地形下传播[J]. 倪鸿礼,贺元元,徐庆新. 空气动力学学报. 2002(S1)
本文编号：3425725
【文章来源】：工程爆破. 2020,26(06)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
物理模型及剖面
利用Autodyn 3D进行建模和求解,考虑实际工况的对称性,建立1/2几何模型,并设置对称边界。空气域采用Euler算法,除对称面外,各边界设置流出边界条件,以模拟实际条件下的无限空气域。为了提高计算效率,利用Autodyn 2D首先进行平整地面球形装药中心起爆冲击波场的计算,然后通过FCT映射,将2D冲击波场的计算结果映射到3D空气域中。这种方法减少了炸药起爆后冲击波传播至壕沟附近的计算量和时间,也减少了Euler场的尺寸,同时更大程度保证了计算结果的准确性[10]。2D模型空气域的尺寸为0.4 m×0.4 m。为了尽可能减少计算精度带来的误差,讨论了地形区域网格尺寸对计算结果的影响。针对区域单元边长分别选取0.03、0.02、0.015、0.012 m进行对比计算,取距爆心0.5 m处的冲击波峰值压力进行对比,结果分别为72、83、92、96 kPa,可以看出,随着网格尺寸的细化,计算结果越精确,但网格尺寸为0.015 m和0.012 m的数值结果已相差不大,因此在尽可能保证计算精度的前提下,为了提高计算效率,选择网格尺寸为0.015 m。将2D模型计算的结果映射到3D空间后的数值模型如图2所示。1.2.2 材料模型
1#和3#试验,测点3和5处的冲击波压力随时间变化的曲线如图3所示。从图中可以看出,由于壕沟地形的影响,位于壕沟底部中心位置测点3的峰值压力较平整地面的压力明显降低,且波形差异较大。平整地面的冲击波压力曲线呈现单一峰值,而壕沟底部的冲击波压力具有多个峰值。测点5也呈现类似的趋势,但和平整地面测点5的冲击波压力曲线差距较小。另外,壕沟底部测点的冲击波压力曲线相比平整地面的负压持续更长时间。产生这种现象的原因,可以通过壕沟地形的冲击波压力云图变化进行解释,3#试验不同时刻的冲击波压力云图如图4所示。在0.2 ms时刻,爆炸冲击波到达壕沟起始位置,开始传入壕沟底部;到1.1 ms左右,爆炸冲击波到达壕沟底部的测点3位置,形成第一个峰值压力,同时在壕沟的壁面有反射压形成;到1.6 ms,爆炸冲击波传到测点5,而在壕沟内壁面上形成了多处反射压;到2.1 ms左右,壕沟内反射压力汇聚,并再次传到测点3位置,形成第2个峰值压力。经过多次反射和能量耗散,测点3测到第3次峰值压力值已经很小了。图4 冲击波随时间变化的压力云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟[J]. 曲艳东,杨尚,李思宇,翟诚. 工程爆破. 2019(01)
[2]钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟[J]. 夏志成,蔡萌,孔新立. 工程爆破. 2018(05)
[3]条形药包爆炸挤密黄土路堤横向影响规律[J]. 魏连雨,李海超,刘艳竹. 爆炸与冲击. 2018(01)
[4]水下舷侧多层防护隔舱接触爆炸毁伤载荷特性分析[J]. 陈鹏宇,侯海量,吴林杰,朱锡. 爆炸与冲击. 2017(02)
[5]长方体密闭结构内爆炸冲击波传播与叠加分析模型[J]. 杨亚东,李向东,王晓鸣. 兵工学报. 2016(08)
[6]爆炸冲击波作用下预制孔靶板塑性变形规律的研究[J]. 蒋建伟,侯俊亮,门建兵,王树有. 高压物理学报. 2014(06)
[7]球形装药淤泥中爆炸场数值模拟及分析[J]. 单海波,徐全军,陈国祥,孙宝平,邵晓亮. 工程爆破. 2004(01)
[8]并行计算爆炸波在复杂地形下传播[J]. 倪鸿礼,贺元元,徐庆新. 空气动力学学报. 2002(S1)
本文编号：3425725
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