不同炸药量在工事中爆炸的三维数值模拟(3)
表2 TNT炸药爆炸性能参数Table 2 The performance parameter of TNT explosive detonationρ0/(g/cm3)pCJ/(GPa)C/(m/s)e0/(kJ/g)1.6018..0
表3 TNT炸药可变指数多方气体状态方程参数Table 3 The parameter of equation of statefor TNT
4.2 数值模拟结果分析
t=0.000 ms
t=2.911 ms
t=28.015 ms图4 二维以及对应的三维数值模拟结果Fig.4 Two-dimensional and corresponding three-dimensional numerical simulation results
图4显示了爆炸冲击波在整个模型内部的传播过程及其相互作用情况,其结果与实际的物理规律是相吻合的。由图4可以发现,在整个爆炸冲击波传播过程中,当爆炸冲击波遇到墙壁时首先发生反射,产生反射高压,而后再绕射到墙壁的后方并开始汇聚,延长了爆炸冲击波到达墙后的时间,由于墙壁吸收一部分冲击波能量,相对于没有墙壁的情况,冲击波的能量将明显减小。爆炸冲击波在3个方向的绕射汇聚作用下,将在墙壁后面一定区域内产生局部高压,这个区域随着爆炸冲击波的传播不断扩大,最后再次形成球面波传播。墙壁后的最大冲击波压力峰值出现在距离墙壁背面还有一段距离的位置处,而不是出现在紧靠墙壁背面的位置。
由数值模拟结果监测爆炸冲击波到达如图5所示的7个位置处的时间,从图6可以看到不同炸药量(w)的爆炸冲击波达到7个位置处的时间td。由图6可以看出,随着炸药量的增加,爆炸冲击波到达同一位置处的时间并不是成线性下降,而是随着炸药量的减少,到达时间的减少量变平缓。由不同药量到达7个位置处的时间可知,当炸药量小于400 kg时,随着炸药量的增加,到达同一位置处的时间明显减少;当炸药量大于400 kg时,随着炸药量的增加,到达同一位置处的时间几乎不变。这主要是受制于模型,当炸药量超过某一个值时,由于模型内部墙壁对爆炸冲击波的反射作用,使得爆炸冲击波在模型内的传播速度相差不大,进而导致到达各个位置处的时间几乎一致。
图5 关键点分布图Fig.5 The distribution of the critical points
图6 不同炸药量下冲击波到达关键点的时间Fig.6 The time of shock wave to reach the critical point under different amounts of explosive
由图4的二维切片以及三维数值模拟结果,可以看出冲击波在模型内的传播过程及其相互作用。将不同药量的数值模拟结果绘制于图中,由图7和图8可以看出不同药量在关键点处的压力峰值。对比不同位置处关键点压力的大小可以发现,随着药量的减小,各个关键点处的压力也减小。若以一个大气压超压为毁伤标准,由数值模拟结果可以发现,当炸药量为400 kg时最为合适,模型中各个位置处的压力基本超过了一个超压。
图7 关键点分布图Fig.7 The distribution of the critical points
图8 关键点处的峰值压力Fig.8 The peak pressures of the critical point
5 结 论
(1) 本文阐述了PMMIC-3D并行程序的基本原理及并行设计策略,并对算例模型进行了数值模拟,数值模拟结果与实际的物理规律相符,表明所采用的并行算法是合理的,程序是可行的。
(2) 爆炸冲击波遇到墙壁时会发生反射,产生反射高压,并会发生绕射汇聚,在墙后面一定区域内产生局部高压,这个区域随着冲击波的传播不断扩大,最后再次形成球面波传播。其中最大的冲击波峰值超压出现在距离墙壁一段位置处,而并不是紧贴墙壁产生。
(3) 随着炸药量的增加,爆炸冲击波到达同一位置处的时间并不是线性下降,而是随着炸药量的减少,到达同一位置处的时间曲线变平缓。对于一个给定的模型,存在一个最佳药量,大于这个药量时,随着药量的增加,到达同一位置处的时间缓慢减小;小于这个值时,随着炸药量的增加,到达同一位置处的时间迅速减小。
(4) 对于一个给定的工事模型,由PMMIC-3D并行程序对其进行数值模拟分析,由不同位置处峰值超压的大小可以判定固定位置处能够对工事模型进行有效毁伤的最佳药量。对今后进一步的研究工作具有一定的参考作用。
文章来源:《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/qikandaodu/2021/0709/1299.html