PDF《TNT 爆炸的数值计算及其影响因素》

0 . T h es h o c k w a v e so v e r p r e s s u r es l i g h t l yi n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo f t h eT N Td o s a g e . B u t t h e i n f l u e n c e so fm o d e l i n gw a y s a n da i rd o m a i ns h a p e so n t h e c a l c u l a t e dr e s u l t s c a n b en e g l e c t e d . :e x p l o s i o nm e c h a n i c s ;

TN T;

e x p l o s i o n ;

n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;

s h o c kw a v e ;

p a r a m e t e ra n a l y s i s 收稿日期:

2 0

1 4

0 6

2 6;

修回日期:

2 0

1 5

0 5

1 3 基金项目: 国家自然科学基金项目(

5 1

2 7

8 2

0 8 ) ;

福建省自然科学基金项目(

2 0

1 1 J

0 1

3 1

9 ) 作者简介: 高轩能(

1 9

6 2-) , 男, 教授, 博导, 从事钢结构及工程结构灾害控制研究. 引言炸药爆炸 瞬时能释放巨 大的 能量 并产生 各种 效应, 但破坏力最强、 影 响区 域最 大的 是爆炸 冲击 波.早期研究爆炸冲击波效应主要以实验为主, 但 因爆炸作用的时程 极短, 通常 在数十 毫秒内, 爆炸 冲击波即 从最大值变为零, 影响试验结果的准确性.近年来, 随 着计 算 机技 术的 快速 发展, 数 值模 拟方法已成为研究爆炸效应的重要手段. 爆炸 空气冲击波超压计算常用方法有Sadovskyi公式、 H e n r y c h公式、 B r o d e公式, A l i a n s o v 公式和 TM

5

1 3

0 0表格等[

1

4 ] .叶序双等[ 5] 通过测 量冲击波传播速度转换计算不同 测点 处的冲击波 压力, 对非理想刚性地面球形炸药爆炸冲击波超压 进行实验研究并得到了大药量 T NT 炸药在地面爆 炸时的冲击波超压计算公式;

仲倩等[

6 ] 通过爆炸试

2 3 第3 8卷第3期 高轩能, 吴彦捷: T N T 爆炸的数值计算及其影响因素 验测得空气冲击波峰值超压, 对经验计算公式进行 了系数修正;

刘伟等[

7

1 0] 进行了 TNT 爆炸试验, 并 与有限元数值计算结果进行了对比研究, 两者符合 较好;

杨鑫等[

1 1] 将数值计算结果与 H e n r y c h等冲击 波超压经验公式进行了比较, 指出数值计算结果普 遍小于经验公式;

李秀地等[

1 2 ] 在坑道爆炸试验数据 的基础上, 运用数值模拟方法研究了 T 型坑道爆炸 冲击波的传播衰减规律;

卢红琴等[

1 3

1 4 ] 讨论了有限 元网格密度和空气方程等参数变 化对 数值 计算 结 果精度的影响.由此可见, 现有研究主要集中在试 验研究或数值计算, 对引起爆炸数值模拟与经验计 算公式结果之间误差程度不一的原因探讨较少. 本研究采用 L S D YNA 有限元程序建立 T NT 爆炸的数值计算模型, 研究了空气冲击波的传播特 性, 结合经验公式和 已 有试 验数 据, 验 证计算 模型 及参数取值的可信性, 分析探讨不同参数取值对冲 击波超压的影响.

1 TNT 爆炸的数值计算 1.

1 空爆计算模型的建立 应用 L S D YNA 有限元程序建立自由空爆模型.空气尺寸取1 2m*1 2m*1 2m 的较小空域, 以 节省运算时间, 炸药尺寸取0 . 2m*0 . 2m*0 . 2m 的 立方体, 网格尺寸按0 . 1m*0 . 1m*0 . 1m 划分.空 爆以炸药为中心取1 / 8模型计算, 单元类型取8节点

3 D S O L I D

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4 , 采用 A L E( A r b i t r a r yL a g r a n g e E u l e r ) 算法.在隙俊 凇 犊谄矫婺诓捎枚猿圃际, 其 他面采用透射边界以模拟无限空气域.为考虑刚性 地面 对冲击波超压的影响, 地面单元类型取为SHELL163,采用 MA T_ R I G I D刚体材料模型. 刚性地面具体参数为: MA T_ R I G I D;