爆炸沖擊波的案例
炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件V2.4
圖4-2 自由場入射波超壓時間計算曲線
同理，計算地面爆炸入射波超壓曲線、近地爆炸反射波超壓時間曲線。見圖4-3、圖4-4。右下角中的更新繪圖可輸入xy范圍，更新繪圖范圍，點擊保存數據，將不同距離的P-t曲線數據保存，保存位置見軟件所在的文件夾。
圖4-3 地面爆炸入射波超壓曲線
圖4-4 近地爆炸反射波超壓時間曲線
4.3 計算p-R曲線
圖4-5為炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件的不同距離處的自由場爆炸沖擊波入射波超壓峰值，通過點擊主界面的計算P-R曲線，顯示出爆炸沖擊波超壓與距離曲線的界面。
圖4-5 不同距離處的自由場爆炸沖擊波入射波超壓峰值
圖4-6為炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件的不同距離處的地面爆炸沖擊波入射波超壓峰值，給出不同模型的P-R曲線。
圖4-6 不同距離處的地面爆炸沖擊波入射波超壓峰值
圖4-7為炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件的不同距離處的近地爆炸沖擊波入射波超壓峰值，給出不同模型的P-R曲線。
圖4-7 不同距離處的近地爆炸沖擊波入射波超壓峰值
圖4-8為炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件的不同距離處的近地爆炸沖擊波到達時間，給出不同模型的T-R曲線。
圖4-8 不同距離處的爆炸沖擊波到達時間
圖4-9為炸藥爆炸沖擊波威力場計算軟件的不同距離處的爆炸沖擊波正壓作用時間，給出不同模型的T-R曲線。
展開 爆炸沖擊波與破片作用下車輛底部結構動響應數值仿真
爆炸沖擊波與破片作用下車輛底部結構動響應數值仿真
劉粟濤1，周云波1，張 明1，孫曉旺1，葉龍學2
(1.南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094；2.中國艦船研究設計中心， 武漢 430064)
摘要：針對爆炸沖擊波與高速破片對車輛的聯合毀傷問題，采用光滑粒子流體動力學算法模擬榴彈在土壤中爆炸產生爆炸沖擊波與破片聯合作用下車輛底部結構的響應。進行爆炸沖擊鋼板試驗，分別采用傳統的任意拉格朗日歐拉算法和SPH算法分析在爆炸沖擊下鋼板的動能、內能和破壞形態，并驗證SPH算法的可行性；采用SPH算法對榴彈在車輛底部爆炸進行數值仿真，分析榴彈形成自然破片的過程、破片速度分布以及車輛底部防護結構的沖擊響應。仿真結果表明，淺埋榴彈爆炸產生的沖擊波先于破片作用于車底結構， 沖擊波作用效果為結構大變形，破片作用效果為結構局部破壞，并且SPH算法可應用于爆炸沖擊波與破片聯合作用下車底結構響應的研究，為車輛防護結構設計提供參考。
關鍵詞：試驗臺架；車輛底部結構；SPH算法；自然破片；數值仿真
1 引言
軍用地面車輛在戰場上面臨各式各樣的威脅，如埋雷、簡易爆炸 裝置(IED)和其他動能彈的威脅[1]。這些威脅通常攜帶裝在金屬外殼中的烈性炸藥。當炸藥爆炸時，產生的高壓使金屬外殼膨脹破碎，并形成自然破片以非常高的速度傳播，最終產生的沖擊波和高速自然破片撞擊軍用車輛，對車輛及乘員造成損傷。
整車實爆試驗是驗證車輛防護性能最直接有效的方法，但由于其危險性大、試驗成本高、試驗周期長、不可重復等原因，在進行車輛防護性能評估時，通常采用有限元仿真技術結合試驗的方法，預測軍用車輛在各式威脅下車輛的結構響應和車內乘員的損傷情況，并為后續車輛防護設計提供基礎[2]。
展開 LS-DYNA模擬爆炸沖擊波-破片群在鋼制容器內爆炸作用分析
使用LS-DYNA軟件可以有效模擬爆炸、沖擊等問題，該文針對爆炸沖擊波-破片群在鋼制容器內爆炸的作用過程進行了模擬分析。
數值模型建立
圖1. 1/4模型圖
建立如圖所示的模型，其中裝藥采用60g炸藥；破片群以105顆直徑5mm的鎢合金鋼珠表示；鋼制容器為45號鋼材料，高20cm、直徑6cm、厚度4mm。網格如下圖所示。
圖2.網格示意圖
2.計算結果
裝藥起爆及驅動破片飛散過程如下圖所示。
圖3. 炸藥起爆及驅動破片飛散
通過模擬可看出，沖擊波先于破片作用于容器壁，并對容器產生破壞作用，使容器發生變形。
圖4. 炸藥先于破片對容器產生破壞
當破片群到達容器壁處時，將與沖擊波一起對容器造成破壞。對容器壁的瞬時最大壓力將達到0.4MPa。
圖5. 爆炸沖擊波-破片群聯合作用
最終在爆炸沖擊波-破片群的共同作用下，容器將發生花瓣狀破壞，其破壞程度將遠大于二者的單獨作用。
圖6. 容器發生花瓣狀破壞
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展開 
LS-DYNA模擬聚脲涂覆鋼板在爆炸沖擊波-破片群聯合作用下的毀傷特性
(a)S-0
(b)F-4
(c)B-4
(d)D-4
圖6 沖擊波-破片載荷對靶板的作用過程
Fig.6 The process of shock-fragments loading on the target plate
3 結論
（1）靶板中心區域受到的破壞最明顯；
（2）涂覆4mm及以上厚度的聚脲彈性體可有效增強抗爆、抗侵徹性能；
用戶作品賞析 | LS-DYNA模擬聚脲涂覆鋼板在爆炸沖擊波-破片群聯合作用下的毀傷特性
本文利用LS-DYNA軟件模擬了聚脲涂覆鋼板在爆炸沖擊波及破片群聯合作用下的毀傷特性。
1
數值計算模型
1.1 計算模型建立
該數值模擬的物理模型如圖1所示。
圖1物理模型示意圖
Fig.1 Physical model diagram
使用Ansys/LS-DYNA有限元分析軟件，建立了如圖2所示的1/4模型。本模型所有材料均使用3DSolid164單元。靶板四條側邊采取全約束方式固定，空氣邊界采用透射條件。
圖2有限元數值計算模型
Fig.2 Finite element numerical calculation model
考慮位置、厚度兩個因素，設計了10個工況：無涂覆、迎爆面涂覆2、4、6mm、背爆面涂覆2、4、6mm、雙側涂覆2、4、6mm。
1.2 材料模型
1.2.1 RDX炸藥
采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BU-RN材料模型，配合JWL狀態方程描述。
1.2.2 空氣
*MAT_NULL理想氣體材料模型，結合EOS_LINEAR_POLYMIAL線性狀態方程表示。
展開 兩種平面沖擊波加載方法（LOAD_BLAST_ENHANCED、*BOUNDARY_AMBIENT） ￥39.9
平面沖擊波作為研究爆炸沖擊波傳播、沖擊波與結構流固耦合的基礎性研究手段，無論是科學研究還是工程應用都使用廣泛，適用性強，本算例將采用*LOAD_BLAST_ENHANCED和BOUNDARY_AMBIENT兩種常用方法在LS-dyna中加載平面沖擊波，付費文件包括K文件、關鍵字解釋、參數設置依據和方法等內容，為step-by-step教程，其中文檔部分內容如下：
爆炸與沖擊中的一些數值仿真方法
1 LSDYNA/Autodyn結果映射
對于一些大型的模型，如爆炸沖擊波對建筑物的破壞等。由于爆炸過程中網格的尺寸效應較為明顯，只有很小的網格采用較好的模擬爆炸初期的沖擊波，（網格大的話，沖擊波的壓力峰值會變得很低），但是由于計算機的性能有限，所以我們可以通過先建立1維或者2維的模型，然后通過將1維或者2維的結果導入到3維模型中，方便進行結果查看。如通過先進行2維爆炸的計算，生成map文件，然后用提取到3d模型中計算即可。
Figure 1 LS-DYNA中的二維結果映射到三維
Figure 2 Autodyn中一維結果映射到三維
還有一些情況如我們需要先用歐拉域計算一些爆炸結果，如金屬射流或者EFP等，等計算完成后需要提取結果對靶板進行侵徹，這個時候也可以通過結果映射，將前期計算的結果導入到模型中，完成計算。
Figure 3 射流的計算
Figure 4 射流結果提取并進行侵徹計算
2 網格填充及映射
在計算爆炸問題的時候，經常有一些異形炸藥的結構，其網格比較難以劃分，在autodyn和LS-dyna中都提供又基于一種幾何映射的網格劃分方式。對于dyna可以通過*initial_volume_fractioan_geometry進行幾何的映射。在autodyn中可以通過在歐拉域通過fill by part的操作進行模型網格的轉化。
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普通的一階Euler方法主要用于解決流固耦合、氣固耦合問題；而高階多物質Euler-Godunov求解器主要用于模擬爆轟波的形成、傳播以及對結構的沖擊響應等，還可以模擬氣泡的膨脹、壓縮和射流的形成以及空泡水錘效應、淺水效應等；高階單物質Euler-FCT求解器主要用來進行計算爆轟波的傳播，在計算效率上，由于不考慮物質的輸送所以要比Euler-Godunov快。
由于ANSYS AUTODYN采用比普通一階Euler更精確的高階Euler求解技術，所以在水下爆炸模擬中能更接近試驗數據，計算結果如圖1、2所示：
圖1 用Euler-Godunov求解器模擬水下爆炸沖擊波傳播及圓筒結構響應
圖2 試驗值與數值計算結果比較
計算結果映射（Remap）技術
傳統的某些顯式有限元軟件雖然能夠模擬爆炸沖擊波與結構的相互作用，然而計算資源大量消耗在流體單元中，因此只能進行近場爆炸局部結構的破壞，對于遠場爆炸以及整船的爆炸動響應計算非常困難，難以在工程中應用。
ANSYS AUTODYN提供的Remap技術，可以把三維計算問題的某初始時間段在一維中模擬，然后把一維結果映射到三維數模中再繼續求解。
ANSYS AUTODYN的 Remap技術在水下爆炸中應用的具體思路是：由于炸藥爆炸后形成的沖擊波在自由場中的傳播是球對稱的（當沖擊波到達自由表面、底部或遇到結構時會形成反射區，此時，沖擊波的波陣面不再球面對稱），因此，炸藥的起爆以及沖擊波在自由場中的傳播可以在一維場中計算，當沖擊波將到達結構或界面時，再把一維的計算結果映射到三維模型中繼續計算，因此，避免計算資料過多地消耗在流體單元上，從而實現遠場爆炸及整船動態響應計算。
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普通的一階Euler方法主要用于解決流固耦合、氣固耦合問題；而高階多物質Euler-Godunov求解器主要用于模擬爆轟波的形成、傳播以及對結構的沖擊響應等，還可以模擬氣泡的膨脹、壓縮和射流的形成以及空泡水錘效應、淺水效應等；高階單物質Euler-FCT求解器主要用來進行計算爆轟波的傳播，在計算效率上，由于不考慮物質的輸送所以要比Euler-Godunov快。
由于ANSYS AUTODYN采用比普通一階Euler更精確的高階Euler求解技術，所以在水下爆炸模擬中能更接近試驗數據，計算結果如圖1、2所示：
圖1 用Euler-Godunov求解器模擬水下爆炸沖擊波傳播及圓筒結構響應
圖2 試驗值與數值計算結果比較
計算結果映射（Remap）技術
傳統的某些顯式有限元軟件雖然能夠模擬爆炸沖擊波與結構的相互作用，然而計算資源大量消耗在流體單元中，因此只能進行近場爆炸局部結構的破壞，對于遠場爆炸以及整船的爆炸動響應計算非常困難，難以在工程中應用。
ANSYS AUTODYN提供的Remap技術，可以把三維計算問題的某初始時間段在一維中模擬，然后把一維結果映射到三維數模中再繼續求解。
ANSYS AUTODYN的 Remap技術在水下爆炸中應用的具體思路是：由于炸藥爆炸后形成的沖擊波在自由場中的傳播是球對稱的（當沖擊波到達自由表面、底部或遇到結構時會形成反射區，此時，沖擊波的波陣面不再球面對稱），因此，炸藥的起爆以及沖擊波在自由場中的傳播可以在一維場中計算，當沖擊波將到達結構或界面時，再把一維的計算結果映射到三維模型中繼續計算，因此，避免計算資料過多地消耗在流體單元上，從而實現遠場爆炸及整船動態響應計算。
展開 ANSYS AUTODYN在水下爆炸模擬中的應用
普通的一階Euler方法主要用于解決流固耦合、氣固耦合問題；而高階多物質Euler-Godunov求解器主要用于模擬爆轟波的形成、傳播以及對結構的沖擊響應等，還可以模擬氣泡的膨脹、壓縮和射流的形成以及空泡水錘效應、淺水效應等；高階單物質Euler-FCT求解器主要用來進行計算爆轟波的傳播，在計算效率上，由于不考慮物質的輸送所以要比Euler-Godunov快。
由于ANSYS AUTODYN采用比普通一階Euler更精確的高階Euler求解技術，所以在水下爆炸模擬中能更接近試驗數據，計算結果如圖1、2所示：
圖1 用Euler-Godunov求解器模擬水下爆炸沖擊波傳播及圓筒結構響應
圖2 試驗值與數值計算結果比較
計算結果映射（Remap）技術
傳統的某些顯式有限元軟件雖然能夠模擬爆炸沖擊波與結構的相互作用，然而計算資源大量消耗在流體單元中，因此只能進行近場爆炸局部結構的破壞，對于遠場爆炸以及整船的爆炸動響應計算非常困難，難以在工程中應用。
ANSYS AUTODYN提供的Remap技術，可以把三維計算問題的某初始時間段在一維中模擬，然后把一維結果映射到三維數模中再繼續求解。
ANSYS AUTODYN的 Remap技術在水下爆炸中應用的具體思路是：由于炸藥爆炸后形成的沖擊波在自由場中的傳播是球對稱的（當沖擊波到達自由表面、底部或遇到結構時會形成反射區，此時，沖擊波的波陣面不再球面對稱），因此，炸藥的起爆以及沖擊波在自由場中的傳播可以在一維場中計算，當沖擊波將到達結構或界面時，再把一維的計算結果映射到三維模型中繼續計算，因此，避免計算資料過多地消耗在流體單元上，從而實現遠場爆炸及整船動態響應計算。
展開 
輕質掛板對于橋墩的抗爆性能研究
為分析掛板的爆炸防護效果，需研究對比工況。建立的數值模型如圖2所示，其中藍色部分為炸藥，綠色部分為橋墩，紅色部分為輕質掛板。圖2（a）為無掛板防護橋墩受爆炸荷載作用模型示意圖，圖（b）為安裝掛板防護橋墩受爆炸荷載作用模型示意圖。輕質掛板由鋼面板和芯層組成,芯層采用可壓縮泡沫宏觀等效模型。炸藥質量為30kg，方形裝藥，炸藥中心距橋墩表面15.3cm，炸藥中心距地面100cm，炸藥和空氣參數同表1和表2。為實現爆炸沖擊波與橋墩的耦合，建立尺寸為328×860×318cm空氣域，空氣域未在圖中顯示。模型中鋼筋使用Beam161單元，其余使用Solid164單元，混凝土材料模型為73號K&C模型，抗壓強度為40MPa。鋼筋材料模型為MAT_PLASTIC_KINEMATIC，屈服強度為392MPa，其余參數與表4相同。空氣邊界為無反射邊界，考慮基礎對橋墩的約束作用，橋墩底部節點約束全部自由度，考慮橋墩上部結構對橋墩的約束作用，柱頭約束入射沖擊波方向的水平位移。
圖2 有無掛板兩種情況下橋墩受近爆作用數值模型
4、結果對比分析
4.1 無掛板防護
在無掛板防護作用的情況下，應力波在橋墩迎爆面的傳播過程如圖3所示。可以看出，在時，爆炸沖擊波開始作用于橋墩表面，正對炸藥的混凝土超過其極限抗壓強度而剝落，橋墩面板出現小的爆坑，混凝土包裹的鋼筋露出。爆炸沖擊波進入空心橋墩內部，并隨后作用于背爆面，沖擊波在空氣中的傳播過程如圖4所示（沿炸藥中心水平切面）。從圖4可以看出，爆炸沖擊波在橋墩面板處發生反射和繞射，并在橋墩面板出現爆坑之后進入空心橋墩內部繼續傳播，隨后到達橋墩背板，首先在背板中心處出現應力集中。沖擊波到達背板后向兩側繼續傳播，在背板和側板交界棱處出現應力集中并發生發射，隨后背板中心處出現第二次應力集中。
展開 模型分享011——水下爆炸沖擊仿真 ￥29.9
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。
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。
展開 LS-Dyna 水下爆炸之流固耦合應用 ￥8
01艦船水下爆炸項目背景：
魚雷作為一種典型水中兵器,可從水面艦艇、潛艇、飛機等平臺發射,通過水下爆炸產生的沖擊波、氣泡脈動、氣泡射流、金屬射流等單一或耦合載荷毀傷敵水中作戰平臺,在歷次海戰中都發揮了舉足輕重的作用。水面艦船在執行任務中，難免會遭受水下各種武器的襲擊，近場水下爆炸產生的沖擊波，氣泡脈動等載荷將會導致艦船局部結構或整體結構受損。局部結構受損又多集中于舷側、舭部和底部，受損典型結構為板架結構。所以對于局部結構遭受載荷后響應過程的分析有重要意義。在水下爆炸數值模擬環境正確的基礎上，利用已有載荷環境，建立某艦船的三艙段模型，研究不同工況下艙段在近場水下爆炸沖擊波載荷下的艦船動響應過程，根據艦船結構的抗沖擊評判標準，分析近場水下爆炸沖擊波載荷作用下的結構變形，重要部位特征點的速度和加速度響應情況，以及結構吸能特性，探究近場水下爆炸沖擊波載荷對艦船結構造成的損傷和其自身的抗沖擊能力。
02艦船水下爆炸數值計算仿真模型：
本文選取某艦船中部三艙段位置進行有限元建模，單個艙段長為９ｍ，寬為16.7ｍ，型深為12.8ｍ，吃水為８.８ｍ。綜合考慮結構網格與流體網格的大小關系，以及整體模型計算效率，本文艙段結構網格采用0.2ｍｘ0.2ｍ的面單元模擬，艙段網格總數量為３０萬,部分艙段模型如下圖所示。艦船材料采用高強度鋼，屈服應力為5.9e8Ｎ／ｍ２，密度為７８００ｋｇ／３，彈性模量為2.1e11Ｎ／ｍ２，泊松比０.３。
展開 【4月25-28日 南京】LS-DYNA高速沖擊碰撞、流固與爆炸計算專題培訓
實例模型課程中人手一機操作指導
實例1：泰勒桿高速沖擊計算
實例2：安全氣囊展開計算
實例3：拉伸失效過程模擬計算
實例4：不同單元格式和形狀下梁分析
實例5：高速彈體侵徹接觸失效計算
實例6：圓柱運動副
實例7：點焊結構沖擊失效計算
實例8：基于自適應沖壓成型計算
實例9：鳥撞飛機風擋玻璃
實例10：高速彈體侵徹混凝土靶板
實例11：纖維增強的金屬基結構的沖擊仿真
實例12：結構高速沖擊入水流固耦合計算
實例13：集團炸藥深水爆炸計算
實例14：水下爆炸沖擊波對鋼板的作用
給方法解決以下關鍵問題：
1、有限元分析關鍵在于結果的可用性，有豐富的工程案例積累，帶問題到現場答疑解惑；
2、通過14個模型現場操作訓練，解決各類工程中遇到的結構振動與沖擊問題；
3、多維度、多角度強化認知、懂每一步驟的設置又清楚每一步設置背后的原理；
4、LS-DYNA高速沖擊碰撞、流固與爆炸分析方法。
本質問題與差異化
1、工程案例積累：專注CAE仿真計算，有大量的工程案例
2、關注計算結果：把仿真分析結果運用到產品中是核心理念
3、師資與專屬權：7000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成版權課程體系
4、問題響應參與：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果保障措施：所有學員提供高配筆記本、模型、電子資料、操作軟件
主講專家
12年專注CAE技術工程應用方法，為客戶提供系統的產品質量提升和優化的技術方案，具備上百例的工程問題解決經驗，熟悉CAE技術應用過程中的難點與關鍵點，團隊提供有價值的CAE技術服務。
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