模型分享011——水下爆炸沖擊仿真

聽，你聽到了嗎

2022年3月3日 12:33

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二戰時期各國對制海權的爭奪達到了白熱化階段，魚雷和深水炸彈的使用，更是將海戰推向了二戰的高潮。和平年代水下及船體發生爆炸的情況并不多見，然而海上一旦發生爆炸，將對附近的船體和深潛設備產生永久的破壞和損傷，嚴重時甚至可以將船體直接摧毀。

當炸藥在地面發生爆炸時，爆炸產生的能量主要以兩種形式進行傳播，一種是爆炸產生的能量直接傳入地面介質中并形成直接的沖擊，這方面屬于是地下工程領域所要考慮的主要荷載；另外一種是以空氣沖擊波的形式在空氣中傳播，并且會在地表區域的介質中產生沖擊波。對于水下炸彈的引爆，其過程大體可分為炸藥爆轟、沖擊波的形成和傳播、氣球的振蕩和上浮等三個階段。

如圖所示，建立了水下爆炸的幾何模型，模型整體采用CEL方法建立歐拉區域，共分為空氣、水體和炸藥三部分，空氣和水體的材料屬性中分別對密度、Eos狀態方程和粘度進行定義，密度和粘度參數大家可以直接在網上檢索到，在此就不進行介紹了。以下參數僅供參考，狀態方程中空氣波速和水體波速c0分別設置為340和1483（單位制：m，下同）。對于炸藥的參數，以TNT炸藥的參數進行簡單設置，材料需要定義JWL類型的EOS狀態方程，TNT的密度為1583，爆炸波速為6930，A為438440000000，B為4445000000，omega為0.35，R1為4.15，R2為0.9，爆炸點根據實際的位置進行設置。材料屬性設置好之后，創建截面屬性時，需要將歐拉截面同時分配空氣、水和炸藥三種材料。

幾何模型.bmp

將模型倒入裝配后，在Step模塊中對分析類型進行設置，進行Explicit顯示動力學（CEL分析只能用顯示動力學）分析，分析時間為50s。在場輸出中設置畫面為100幀的動畫，場輸出變量與歷史輸出變量默認，此外場輸出變量的默認輸出項中就包括關于歐拉體的一些選項。

在接觸模塊中，如果模型中還需要分析爆炸沖擊波對艦船、船塢以及其他結構體造成的損傷，還需要設置通用接觸，通用接觸（CEL分析只能用通用接觸）中摩擦屬性分別為法向硬接觸（Hard Contact）和切向的罰摩擦。

在載荷模塊中，首先設置的是模型整體的重力場，然后是對歐拉體的四個側面進行單方向的位移約束，以及底面的完全約束，防止模型中的水體流出邊界。最后是對整個歐拉體的材料屬性進行分配，此步驟是完成仿真的關鍵。通過預定義場中的材料分配功能，如下圖中所示，分別對歐拉體的材料進行分配，圖中左側的1表示歐拉體所賦予的材料屬性。