爆轟
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-09
爆轟的視頻教程
使用AUTODYN對爆破戰(zhàn)斗部的爆轟完全性進行計算分析
爆破戰(zhàn)斗部是一種很常見的戰(zhàn)斗部，通過炸藥的爆轟來對目標(biāo)進行有效毀傷，在進行爆破戰(zhàn)斗部的設(shè)計計算時通常要對其主裝藥的爆轟完全性進行計算分析，主裝藥發(fā)生完全爆轟才能使該戰(zhàn)斗部發(fā)揮出其最大的作用效能。
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預(yù)制破片帶殼裝藥爆轟驅(qū)動仿真（hypermesh+ls-dyna）
系統(tǒng)講解殺爆戰(zhàn)斗部爆轟驅(qū)動仿真流程，包括算例應(yīng)用場景、建模思路、適合的計算方法以及本構(gòu)模型等； 2. 采用hypermesh與ls-dyna聯(lián)合仿真，精講hypermesh進行此類算例前處理的詳細步驟，以及k文件生成、編輯、分割、合并過程，另外還介紹了任務(wù)提交方式以及批處理技巧，最后介紹了算例相關(guān)的后處理過程； 3. 適合0基礎(chǔ)新手入門，通過此課程舉一反三，可掌握此類問題的仿真方法。
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爆轟的實例教程
LS-DYNA中的點火增長模型應(yīng)用（1）：二維ALE算法的B炸藥沖擊起爆過程仿真
關(guān)鍵詞：沖擊起爆過程；點火增長模型；2D多物質(zhì)ALE算法；穩(wěn)定爆轟；B炸藥
LS-DYNA中的點火增長模型采用狀態(tài)方程*EOS IGNITION AND GROWTH OF REACTION IN HE進行設(shè)置，可用于模擬固體推進劑及其他高能炸藥的沖擊點火和燃爆過程。該模型能夠根據(jù)溫度和壓力的變化動態(tài)調(diào)整反應(yīng)速率，從而影響爆炸（燃燒）前沿的傳播速度，產(chǎn)生熄爆或爆轟效果，已被廣泛應(yīng)用于爆炸和沖擊分析、火箭和導(dǎo)彈的推進劑安定性研究、建筑和交通工具的火災(zāi)安全評估以及新型材料的燃燒特性測試等領(lǐng)域。
由于炸藥起爆過程中涉及到網(wǎng)格的大變形，采用Lagrange算法進行計算時，易出現(xiàn)小網(wǎng)格步長銳減、負體積計算終止等問題，相比之下，ALE算法具有顯著優(yōu)勢。本文采用二維多物質(zhì)ALE算法對B炸藥的沖擊起爆過程進行仿真計算，沖擊物為12.7mm的黃銅彈丸，彈丸與B炸藥間設(shè)置1mm厚的1006號鋼板，彈丸速度設(shè)置為1200m/s和1240m/s，計算結(jié)果如下：
起爆結(jié)果：1200m/s沖擊速度下，炸藥起爆后未能爆轟，爆炸傳播一段距離后熄爆，在距沖擊位置6mm處產(chǎn)生最大超壓峰值19GPa；1240m/s沖擊速度下，炸藥起爆成功，產(chǎn)生穩(wěn)定爆轟，爆轟波峰值壓力約30GPa，與29.5GPa的C-J爆轟壓力相近，壓力曲線如圖1。
圖1 不同沖擊速度下B炸藥軸線各處的壓力時程曲線
反應(yīng)度及溫度對比：起爆成功產(chǎn)生穩(wěn)定爆轟的壓力、溫度明顯高于未起爆成功工況。成功起爆的炸藥反應(yīng)度達到1，未起爆成功反應(yīng)度僅在沖擊位置附近小范圍達到1，較遠范圍反應(yīng)度逐漸降低，云圖對比如圖2。
展開 關(guān)于炸藥爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程，很多文獻都有給出，但不同文獻之間存在明顯區(qū)別，尤其是關(guān)于內(nèi)能密度和相對體積，有的采用初始內(nèi)能密度，有的采用內(nèi)能密度，有的采用初始相對體積，有的采用相對體積，莫衷一是。
在此拋磚引玉，請各位發(fā)表高見！
1846年硝化甘油發(fā)明后，瑞典化學(xué)家諾貝爾制成幾種安全混合炸藥，并在
1865年發(fā)明雷管引爆猛炸藥，實現(xiàn)了威力巨大的高速爆轟，從此開創(chuàng)了炸藥應(yīng)用的新時代，
并且促進了沖擊波(即激波)和爆轟波的理論研究。 英國工程師蘭金和法國炮兵軍官許貢
紐研究了沖擊波的性質(zhì)，后者又完整地解決了沖擊載荷下桿中彈性波傳播問題。查普曼和儒
蓋各自獨立地創(chuàng)立了平穩(wěn)自持爆轟理論，后者還寫出第一本爆炸力學(xué)著作《炸藥的力
學(xué)》。 第二次世界大戰(zhàn)期間，爆炸的力學(xué)效應(yīng)問題由于戰(zhàn)事的需要引起許多著名科學(xué)家的
重視。泰勒研究了炸藥作用下彈殼的變形和飛散，并首先用不可壓縮流體模型，研究錐形罩
空心藥柱形成的金屬射流及其對裝甲的侵徹作用。泰勒、卡門、拉赫馬圖林各自獨立創(chuàng)建了
塑性波理論，發(fā)展了測定沖擊載荷下材料的力學(xué)性能的方法。澤利多維奇和諾伊曼研究了爆
轟波的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使爆轟理論得到巨大的進展。朗道和斯坦紐科維奇等研究了爆轟產(chǎn)物的狀
態(tài)方程，并推進了非定常氣體動力學(xué)的發(fā)展?？瓶宋榈碌冉⒘怂卤úǖ膫鞑ダ碚?。原
子武器的研制大大促進了凝聚態(tài)炸藥爆轟、固體中的激波和高壓狀態(tài)方程以及強爆炸理論的
研究。泰勒、諾伊曼和謝多夫各自建立了點源強爆炸的自模擬理論，以麥奎因為代表的美國
科學(xué)家對固體材料在高壓下的物理力學(xué)性能作了系統(tǒng)的研究。經(jīng)過這一時期的工作，爆炸力
學(xué)作為一門具有自己特點的學(xué)科終于形成。戰(zhàn)后，核武器和常規(guī)武器的效應(yīng)及其防護措施的
研究繼續(xù)有所發(fā)展；在爆破工程中研究出多種新型的控制爆破技術(shù)；出現(xiàn)了利用爆炸進行材
料成型、焊接、硬化、合成的爆炸加工技術(shù)。
展開 1 炸藥對破片的爆轟驅(qū)動
首先計算爆炸物在炸藥的作用下破片分布、質(zhì)量、初速等信息，利用非線性動力學(xué)軟件AUTODYN進行數(shù)值仿真。為減少計算時間，建立1/4模型，其中炸藥殼體厚度為20mm，為減小計算量，實際爆炸物高度1610mm，數(shù)值模擬中炸藥高度選取200mm，模型關(guān)于兩個對稱面對稱，故只需建立 1 /4 模型，均采用 Lagrange 算法，因為殼體材料的破 碎、破片的形成過程是一個大變形的彈塑性流體動力學(xué)過程，采用 Lagrange 算法雖然網(wǎng)格會發(fā)生較大的 扭曲變形，但該方法對介質(zhì)運動的整體和局部的變化都有更清晰的描述，能真實的呈現(xiàn)殼體膨脹、裂紋產(chǎn)生、破片形成的整個過程，也能更清楚的顯示節(jié)點的速度、整體的動能等物理量。起爆方式為炸藥中心起爆，觀測點和起爆點設(shè)置如圖1所示，其中破片設(shè)置Mott隨機失效，炸藥材料為TNT，破片材料為45號鋼。
圖1 有限元模型
圖2和圖3位計算結(jié)果，圖3為觀測點8~13的X軸方向的速度，在爆炸載荷作用下，速度逐漸增加并趨近于960m/s，破片質(zhì)量主要集中在50g以下，破片速度分布在750m/s和1000m/s附近，計算破片的平均速度為880m/s，一共產(chǎn)生370個破片。
圖2 破片計算結(jié)果
展開 傳統(tǒng)試驗方法存在成本高、周期長、難以捕捉瞬態(tài)侵徹細節(jié)的問題，而數(shù)值仿真技術(shù)可精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)破甲戰(zhàn)斗部從爆轟驅(qū)動、金屬射流形成到侵徹靶板的全流程，成為該領(lǐng)域的主流研究手段。帶隔板結(jié)構(gòu)是破甲戰(zhàn)斗部的關(guān)鍵設(shè)計，隔板的材質(zhì)、厚度、布置角度會直接改變爆轟波傳播路徑，進而影響射流的成型質(zhì)量與侵徹能力，因此針對該結(jié)構(gòu)的侵徹仿真需兼顧爆轟動力學(xué)、材料大變形、流固耦合等多物理場耦合問題。
二 S-ALE算法與ALE算法相比的優(yōu)勢
（1）徹底解決流體滲漏，大幅提升物理保真度
（2） 計算效率顯著提升，耗時更短
（3）建模更清晰、易用，降低出錯率
三 計算模型
破甲戰(zhàn)斗部裝藥直徑為φ40mm，裝藥高度60mm，藥型罩錐角為60°，壁厚為1mm，炸高為30mm，靶板直徑φ40mm，靶板厚度為50mm，隔板直徑為φ30mm，使用*ALE_STRUCTURED_MESH關(guān)鍵字生成S-ALE網(wǎng)格，使用*ALE_STRUCTURED_MESH_VOLUME_FILLING關(guān)鍵字進行填充。
四 計算結(jié)果
炸藥起爆之后，爆轟波經(jīng)過隔板之后產(chǎn)生繞射，形成喇叭形爆轟波，然后壓垮藥型罩形成射流對靶板進行侵徹。
五 附件
模型K文件，導(dǎo)入Hypermesh的STP文件以及一步一步進行講解的視頻文件見付費內(nèi)容，碼案例不易，感謝各位的支持，謝謝！
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傳統(tǒng)試驗方法存在成本高、周期長、難以捕捉瞬態(tài)侵徹細節(jié)的問題，而數(shù)值仿真技術(shù)可精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)破甲戰(zhàn)斗部從爆轟驅(qū)動、金屬射流形成到侵徹靶板的全流程，成為該領(lǐng)域的主流研究手段。帶隔板結(jié)構(gòu)是破甲戰(zhàn)斗部的關(guān)鍵設(shè)計，隔板的材質(zhì)、厚度、布置角度會直接改變爆轟波傳播路徑，進而影響射流的成型質(zhì)量與侵徹能力，因此針對該結(jié)構(gòu)的侵徹仿真需兼顧爆轟動力學(xué)、材料大變形、流固耦合等多物理場耦合問題。
(FEM-beam單元,單元長度1cm)</p><p>流體域：</p><p>整體采用S-ALE算法表征炸藥爆轟過程。</p><p>炸藥為?150×200mm的圓柱狀TNT炸藥，爆距100mm。采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型及JWL狀態(tài)方程。</p><p>空氣采用NULL材料模型，LINEAR_POLYNOMIAL狀態(tài)方程。</p><p>S-ALE網(wǎng)格尺寸1cm。
圖 1 1/4仿真模型
圖 2 數(shù)值仿真有限元模型
因炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物與空氣為流體，采用Lagrange算法會產(chǎn)生大變形導(dǎo)致計算過程出錯，因此炸藥與空氣域采用ALE算法，而威力評估板因為其物理性質(zhì)采用Lagrange算法能夠更好地表現(xiàn)其力學(xué)性能。而空氣與爆轟產(chǎn)物作用威力評估板需要兩種不同的算法進行耦合，此時需要添加流固耦合。
</p><ul><li class="ql-align-justify">計算結(jié)果：① 850m/s沖擊速度下，PBX9501炸藥棒于10mm處產(chǎn)生穩(wěn)定爆轟，炸藥起爆成功；②10mm距離之前，爆炸壓力隨距離逐漸增大，炸藥反應(yīng)不完全，<strong>10mm之后爆轟壓力大致相同，為45GPa左右，炸藥反應(yīng)度達到1，反應(yīng)完全。
本文采用二維多物質(zhì)ALE算法對B炸藥的沖擊起爆過程進行仿真計算，沖擊物為12.7mm的黃銅彈丸，彈丸與B炸藥間設(shè)置1mm厚的1006號鋼板，彈丸速度設(shè)置為1200m/s和1240m/s，計算結(jié)果如下：
起爆結(jié)果：1200m/s沖擊速度下，炸藥起爆后未能爆轟，爆炸傳播一段距離后熄爆，在距沖擊位置6mm處產(chǎn)生最大超壓峰值19GPa；1240m/s沖擊速度下，炸藥起爆成功，產(chǎn)生穩(wěn)定爆轟，爆轟波峰值壓力約
1949 年Kolsky 將壓桿分成兩段，通過加速的質(zhì)量塊、短桿撞擊或炸藥爆轟產(chǎn)生加速脈沖，試件置于輸入桿和輸出桿中間，利用這一裝置可測量材料在沖擊載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。Kolsky 的工作是一項革命性改進，現(xiàn)代的 SHPB 都是在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來，所以 SHP(T)B 桿也稱之為 Kolsky 桿。
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