基于ANSYS_LS_DYNA模拟水下爆炸冲击波的等效质量法

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水下爆炸数值模拟研究

水下爆炸数值模拟研究
为提高水下爆炸数值模拟的精度,本文探讨了边界条件、网格密度对近场条件下的水下爆炸计算结果产生的影响,分析了在有限的计算条件下进行水下爆炸三维计算的可行性,为本文的水下爆炸数值计算提供依据。

本文应用LS-DYNA有限元程序中的拉格朗日算法对假设的一维柱对称计算模型进行计算,模拟了水下爆炸的冲击波及气泡脉动过程,定性的研究了冲击波传播及气泡脉动的规律以及装药深度对水下爆炸冲击波、气泡脉动所产生的影响。

应用AUTODYN动力学软件中的欧拉算法对二维轴对称计算模型进行计算,模拟了小药量炸药的水下爆炸冲击波传播过程,得到了距离爆炸中心不同距离处的压力时程曲线、冲击波峰值压力、冲击波压力冲量以及冲击波能,并与经验值进行比较,结果符合较好。

通过二维计算,研究了两种起爆方式、两种装药形状、不同材料的炸药外壳及不同厚度的壳体对水下爆炸冲击波各参数所产生的影响。

ANSYS AUTODYN在水下爆炸模拟中的应用-推荐下载

ANSYS AUTODYN在水下爆炸模拟中的应用作者：安世亚太研究舰船水下爆炸的破坏效应对于提高舰船的生命力和战斗力具有非常重要的工程应用价值。

药包在水中爆炸后首先产生冲击波，冲击波的压力波峰以指数的形式衰减；同时，炸药变成高压的气体爆炸生成物，气泡在周围水介质的作用下，膨胀和压缩，产生滞后流和一次或多次脉动压力；冲击波到达自由面后，在一定的水域内产生很多空泡层，当上层的表面水层在大气压力和重力的作用下下落时，由于比其下层的空泡层的加速度大，便与空泡层相碰，并继续下落，当表层水与下部的未空化的水发生碰撞时，便产生了水锤效应。

试验表明：气泡水下爆炸冲击波、气泡脉动压力和射流、以及空泡水锤效应是水下非接触爆炸舰船破坏的三种主要载荷。

ANSYS AUTODYN软件是今年1月份ANSYS收购的一个显式有限元分析程序，用来解决固体、流体、气体及相互作用的高度非线性动力学问题，它提供很多高级功能，具有浓厚的军工背景，尤其在水下爆炸、空间防护、战斗部设计等领域有其不可替代性。

该软件在国际军工行业占据80％以上的市场。

本文仅仅讨论ANSYS AUTODYN软件在舰船抗爆性能方面的特色功能。

ANSYS AUTODYN水下爆炸仿真技术特色1、高精度的Euler-Godunov、Euler-FCT求解器ANSYS AUTODYN早期的一阶Euler方法是基于Hancock(1976)发展的，1995年，ANSYS AUTODYN引入了高阶Euler求解技术：多物质Euler-Godunov（Van Leer 1977）和单物质Euler-FCT（Zalesak 1979）求解器，极大地丰富了ANSYS AUTODYN 的流体求解功能。

普通的一阶Euler方法主要用于解决流固耦合、气固耦合问题；而高阶多物质Euler-Godunov求解器主要用于模拟爆轰波的形成、传播以及对结构的冲击响应等，还可以模拟气泡的膨胀、压缩和射流的形成以及空泡水锤效应、浅水效应等；高阶单物质Euler-FCT求解器主要用来进行计算爆轰波的传播，在计算效率上，由于不考虑物质的输送所以要比Euler-Godunov快。

ls-dyna爆炸冲击算例 -回复

ls-dyna爆炸冲击算例-回复Lsdyna爆炸冲击算例指的是使用Lsdyna软件进行爆炸冲击仿真分析的例子。

在这个算例中，我们将通过一步一步的回答，带您了解如何利用Lsdyna软件进行爆炸冲击仿真分析，解决一些实际工程问题。

首先，让我们了解一下Lsdyna软件。

Lsdyna是一种非线性动力学分析软件，被广泛应用于汽车碰撞、航空航天工程、爆炸冲击、材料成型和结构变形等领域。

该软件具有高度的数值稳定性和灵活性，可以模拟各种工程场景下的动态响应。

接下来，我们将通过一个实际案例来展示Lsdyna在爆炸冲击仿真分析中的应用。

案例背景：假设我们的目标是设计一个承载建筑物结构的钢制支撑柱，需要进行冲击响应分析。

在这个案例中，我们将使用Lsdyna软件来模拟一个爆炸情景，并评估结构的稳定性和安全性。

步骤一：准备模型首先，我们需要准备建筑物结构的几何模型。

这个模型可以使用CAD软件来创建，然后将其导入到Lsdyna中。

除了结构本身，我们还需要考虑周围的土壤和其他周边环境特征，以便更真实地模拟爆炸冲击情景。

步骤二：定义物理材料参数接下来，我们需要为建筑物结构和爆炸物定义物理材料参数。

例如，我们需要提供钢材的弹性模量、密度、屈服强度等信息。

对于爆炸物，我们需要提供炸药的爆炸能量、爆炸速度等参数。

这些参数的准确性对于仿真结果的精确性至关重要。

步骤三：定义边界条件在进行爆炸冲击分析之前，我们需要为模型定义适当的边界条件。

根据实际情况，我们可以选择对支撑柱的顶部施加固定约束，并设定底部的土壤为固定边界。

这将确保支撑柱在仿真过程中的稳定性。

步骤四：设置爆炸条件在进行爆炸冲击仿真之前，我们需要定义爆炸约束。

根据实际情况，我们可以在某个区域内放置炸药或模拟爆炸的初始速度。

这个设置将决定模拟中爆炸物的释放和传播方式。

步骤五：运行仿真分析一切准备就绪后，我们可以开始运行Lsdyna软件进行仿真分析。

Lsdyna 将根据模型的几何和物理性质、边界条件以及爆炸设定来模拟整个爆炸过程。

ANSYS LS-DYNA冲击碰撞分析

• 在不考虑应变率影响时，该模型下的屈服面半径为初始屈服强度加上硬化的部分
y0ຫໍສະໝຸດ Epp eff
Cowper-Symonds模型来考虑应变率的影响，如下
y
1
C
1
p
0
此时随动塑性模型可表示为：
r
1
1
p
c
(
0
f
h
(
p eff
))
本构取值
• 钢材的密度取为7850kg/m3， • 弹性模量为206GPa， • 泊松比取为0.3， • 初始屈服强度取为1650MPa， • 切线模量取1.18GPa， • 其中C和P都为Cowper-Symonds应变参数，分别取为40.4s-1和5，失
部分物理参数
自动接触（Automatic nodes-to-surface contact）静摩擦系数：0.74 动摩擦系数：0.57 冲击速度：10m/s
3.材料模型
塑性随动强化模型（Plastic Kinematic Model）
本构模型
• 本构模型采用塑性随动强化模型（Plastic Kinematic Model），可描述各向同性硬化（isotropic hardening）和随动硬化（kinematic hardening）以及二者结合的塑性模型，还可以考虑应变率的影响。
效应变取为0.05。
4.计划分享的内容
APDL参数化分析，云计算等
计划分享的内容
• 让分析速度起飞——APDL参数化分析 • 最有效和经济的计算加速方式——云计算 • 地铁隧道下穿高层建筑的变形分析（ABAQUS） • 火车开过桥梁的动态受力分析 • 地震作用下某收费站的响应 • 博士生生活以及研究生求职

基于LS-DYNA的液电效应冲击波数值模拟

基于LS-DYNA的液电效应冲击波数值模拟余庆;张辉;杨睿智【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2022(42)2【摘要】液电效应机理复杂,鲜有成熟的商用数值模拟软件能够描述等离子体通道内部特性,为了将液电效应产生的冲击波运用于已有的数值模拟软件中,以满足工程需要,介绍了两种基于显式动力学软件LS-DYNA间接模拟液电效应产生冲击波的方法:水下爆炸等效(分为爆炸能量等效与冲击波能量等效)和理想气体等效,并进行了比较与改进,分析了不同沉积能量下采用不同等效方法得到的峰压计算结果的差异。

结果显示,在沉积能量相同的条件下,基于爆炸能量等效方法得到的冲击波峰值压力最高,基于冲击波能量等效方法得到的冲击波峰值压力次之,基于理想气体等效方法得到的冲击波峰值压力最低,理想气体等效模拟的峰压相较于前两种等效方法小1~2个数量级;爆炸能量等效与冲击波能量等效的冲击波波速相等,且高于理想气体等效的冲击波波速;沉积能量减小会使得3种等效方法模拟的峰压均有不同程度的减小,但大小顺序不发生变化;改进后的等效爆炸方法能够适应沉积能量的变化,与Touya经验公式拟合较好;基于LS-DYNA对液电效应冲击波峰值压力进行准确模拟,除了选取适合的等效方法,还应结合具体的放电条件,建立适当的数值模型,在满足计算要求的条件下实现冲击波峰值压力的快速计算。

【总页数】12页(P126-137)【作者】余庆;张辉;杨睿智【作者单位】中国石油大学(北京)石油工程学院【正文语种】中文【中图分类】O383;TM8【相关文献】1.基于ANSYS/LS-DYNA模拟水下爆炸冲击波的等效质量法2.用相似理论分析计算液电效应电特性和冲击波特性3.冲击波加载下PZT95/5铁电陶瓷电响应的数值模拟4.电润湿效应控制介质上液滴运动的数值模拟5.触地核爆炸冲击波效应的数值模拟研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水下爆炸远场冲击波的数值模拟

水下爆炸远场冲击波的数值模拟摘要：本文结合文献调研资料，分析了水下爆炸数值模拟的各个方向的研究现状。

阐明了水下爆炸数值模拟的研究背景以及研究发展的重要性，并且阐明了远场冲击波模拟的目的和应用前景。

结合论文资料和各个模拟软件的帮助手册，比较了各个数值模拟软件的特点。

展示了作者在水下爆炸的远场冲击波模拟方面做的实践，并且写出了笔者的心得体会。

关键词：水下爆炸；数值模拟；远场冲击波；AUTODYN；ABAQUS；1.水下爆炸数值模拟的研究背景水下爆炸是水中兵器设计技术、破坏效应和水下爆破工程的基础问题，对水下爆炸进行的相关研究对于提高水中兵器威力、提高舰船生命力和战斗力、提高工程效率等有重要的意义。

由于水下爆炸属于非常复杂的流体动力学问题，因此相关的研究一直以实验研究为主。

但是实际水下爆炸以及结构相应的实验研究的成本和复杂程度非常高，并且随着计算机技术和数值模拟技术的发展，水下爆炸的数值模拟渐渐受到了大家的重视，数值模拟受环境条件的影响较小, 可以较容易地改变模拟试验条件, 比较、分析不同条件下的模拟结果, 调整参数组合进行计算。

水下爆炸的模拟主要在近场的爆炸能量输出、气泡脉动的过程、远场冲击波及其对结构的的破坏三个方向。

这篇论文主要讨论远场冲击波的数值模拟。

2.当前国内外的工作ALE法全称arbitrary Lagrange-Euler方法，是一种避免网格过大变形的数值计算方法。

它兼具Lagrange方法和Euler方法的特长，因此在水下远场冲击波的数值计算中得到了大量的运用。

张奇.张若京[1]的研究阐明了ALE法可以用于土质中的爆炸模拟。

A.R.Pishevar等人[2]的研究利用数值方法仿真了二维多物质可压缩流，证明了水下爆炸可以用ALE算法进行计算。

并且模拟了在刚性墙一侧不远处的爆炸，也模拟了气泡的成型过程。

Young S.Shin等人[4]利用拉格朗日-欧拉耦合算法（论文中使用ALE算法）对水下爆炸问题进行了模拟，主要考虑了水域中冲击波传播时峰值压力的变化以及一个钢壳体球在冲击波作用下的动态响应。

基于ANSYS／LS—DYNA模拟水下爆炸冲击波的等效质量法

Ｖｏ．８Ｎｏ３１２．
Ｊｎ２０ｕ０８
基于ＡＳＳＬ — ＹＡ模拟水下爆炸ＮＹ／ＳＤＮ冲击波的等效质量法
贾宪振胡毅亭董明荣许学忠刘家骢，，，，
（１南京理工大学化工学院，京２０９；２西北核技术研究所，西安７０２）南１０４１０４
摘要：中针对通用有限元程序ＡＮＹＳＬ－ＹＮＡ在模拟远场水下爆炸时冲击波强度衰减过快的不足，文Ｓ／ＳＤ
提出了等效质量法，利用该方法计算了某圆柱壳结构在远场水下爆炸冲击波作用下的动态响应，算结果并计与试验结果吻合较好，而验证了该方法的有效性。等效质量法可以显著提高ＡＹ／ＳＤ从ＮＳＳＬ－ＹＮＡ模拟远场
ＥｑｕｖｌｎａｓＭｅｈｄｏｉａｅｔＭｓｔｏｆＵｎｄｒｔｒＥｘｏｉｎｅｗａｅｐｌｓｏ
ＳｏｋＷａｅＳｍｕａｉｎＢａｅｎＡＮＳ／ — ｈｃｖｉｌｔｓｄｏｏＹＳＬＳＤＹＮＡ
公式进行衡量。对于球形装药，其爆炸所产生的
冲击波的峰值压力和比冲量可以由Ｃｌｏｅ和
ｉｃｎｇｅｔｙｉｃｅｓｈｂｌｙｏｔａｒａｌｎｒａｅｔｅａｉｔｆＡＮＳ／ＳＤＹＮＡＯｓｌｔｈｃｖｄｃｄｂａ－ｉｌｎｅｗａｅｘｌｓｎｉＹＳＬ－ｔｉａｅｓｏｋｗａｅｉｕｅｙｆｒｆｄｕｄｒｔｒｅｐｏｉ．ｍｕｎｅｏＫｅｗｏｄ：ｑｉａｅｔｍａｓｍｅｈｄ；ｕｄｒｔｒｅｐｏｉｎｓｏｋｗａｅｕｒｃｌｓｍｕａｉｎ；ＡＮＳ／－ｙｒｓｅｕｖｌｎｓｔｏｎｅｗａｅｘｌｓｏｈｃｖ￣ｎｍｅｉａｉｌｔｏＹＳＬＳＤＹＮＡ

基于LS_DYNA软件的水下爆炸数值模拟研究caj

LOAD-SSA关键字[3],可以用来模拟远场水下
爆炸对结构带来的响应。这种方法不需要建立
流体网格,算法考虑了球面入射波、反射波、辐射
波以及附带水质量带来的影响,计算时需要指定
炸药的位置和质量、水面和水底位置、水中声速、
结构浸水部位以及结构内部为水或空气,结构浸
水部位壳单元外法线要指向外围流体[5]。
间步长,LS-DYNA推荐时间步长缩放因子取
0167。
计算输出的压力是整个单元内部的平均压
力(见图2),而非一点的压力,所以网格密度对
峰值压力、爬升时间、脉冲宽度和压力震荡也有
影响,加密流体网格,峰值压力升高,爬升时间缩
短,脉冲宽度变窄,峰值过后压力震荡次数增多。
测试曲线在波峰过后也有多次振荡现象,Cole[1]
网格尺寸和网格质量对计算结果影响很大,
流体必须全部采用六面体单元,且压力梯度变化
大的区域需要非常密集的网格以充分反映高频
波动现象。同时,炸药及其周围的水单元长宽比
要接近1,并在波传播方向上尽量排列一致,其它
区域流体单元的长宽比也不应过大,否则会导致
冲击波传播失真。如此以来,要模拟真实舰船,流
认为这是由于装药中不同位置处炸药颗粒(对应
于数值计算模型中的不同炸药单元)爆炸后冲击
波叠加引起的。
图2 典型LS-DYNA水下爆
炸自由场压力曲线
此外,
还可以采用
SPH算法
来模拟近场
爆炸,炸药、
水采用
SPH粒子,
目标舰船结
构采用拉格
朗日算法,
通过点面接触来模拟二者之间的相互作用。这

应用ls-dyna3d进行爆炸分析三种模型对比分析_secret

应用LS-DYNA3D进行爆炸分析xxxxxx0 概述爆炸过程的模拟一共有三种方式：1. 炸药单元使用8节点实体单元（Lagrange）模拟，炸药单元与被爆炸单元之间共用节点。

该方法计算速度最快。

同时，即使接触单元已经发生破裂，仍然可以继续计算。

这是因为：dyna中，单元失效（eliminating brick element）是通过将失效单元的刚度（弹性模量）设置成“0”实现的。

单元节点还继续存在（这一点可以从单元失效后单元应变＝0，而节点位移仍然存在得到证明），因此还可以继续计算。

该方法的劣势在于，当爆炸单元变形较大时，将会引起被爆炸单元的大变形，同时由于采用了共用节点，限制了爆炸单元的滑移变形，引起附加的虚假滑移刚度。

这可能会对计算结果产生一定影响。

2. 炸药单元使用8节点实体单元（Lagrange）模拟，炸药单元与被爆炸单元之间使用接触。

可以采用的接触类型有：●*CONTACT_SLIDING_ONLY●*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE●*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE其中，SLIDING要求定义SEGMENT接触，而另外两者可以采用SEGMENT 也可以采用Part或者Part Set。

通过定义接触模拟爆炸的主要问题在于，计算有时会因为接触的计算而不收敛，通常表现为网格单元的突然膨胀，计算过程突然中止而不提示任何错误与警告信息等等。

产生这种情况的原因有很多，如错误或不恰当的输入、网格的疏密、单位制匹配、各种参数的选取等（有时默认值不一定是最好的）。

网格畸变过大等原因也会对接触的计算产生影响。

从计算过程的维持来看，显然共用节点方法更加鲁棒，即使网格畸变很大仍然可以继续进行计算，当然此时的计算精度就很难保证了。

3. ALE技术，即爆炸单元采用Euler或ALE单元，被爆炸物采用Lagrange单元，两种网格之间通过定义耦合实现爆炸过程模拟。

水下爆炸冲击波数值仿真精度研究

水下爆炸冲击波数值仿真精度研究敖启源 1, 卢　熹 1*, 姜智雅 2, 康珀阁 1(1. 沈阳理工大学装备工程学院, 辽宁沈阳, 110159; 2. 山西江阳化工有限公司, 山西太原, 030041)摘要: 在水下爆炸数值仿真研究中, 网格尺寸和一次项人工粘性系数对冲击波峰值压力计算结果有较大影响。

在预定计算精度条件下, 快速确定网格尺寸及人工粘性对数值计算意义重大。

为此, 文中基于LS-DYNA有限元软件, 建立78 g三硝基甲苯(TNT)二维水下爆炸数值计算模型, 重点分析网格尺寸和一次项粘性系数对水下爆炸冲击波峰值压力和整体计算误差的影响规律。

结果表明, 随着网格密度因子的增大, 计算峰值压力对网格的敏感性降低, 且网格密度较大时, 过小的一次项系数会导致计算峰值压力与经验公式值的相对误差增大。

在此基础上获得20%范围内误差与网格尺寸、粘性系数之间的关系, 并构建出可用于快速确定网格尺寸和一次项人工粘性系数的误差预估模型, 通过0.2 ~5 000 kg范围内的TNT柱形装药(长径比为1)和球形装药的水下爆炸计算, 验证了预估模型的普适性, 可为二维中近场范围内的水下爆炸冲击波数值仿真计算研究提供参考。

关键词: 水下爆炸; 数值仿真; 网格尺寸; 人工粘性系数; 误差预估模型中图分类号: TJ630.2; U674 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2024)01-0158-08DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0098Numerical Simulation Accuracy Study of UnderwaterExplosion Shock WavesAO Qiyuan1,　LU Xi1*,　JIANG Zhiya2,　KANG Poge1(1. School of Equipment Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China; 2. Shanxi Jiangyang Chemical Company, Taiyuan 030051, China)Abstract: In the numerical simulation study of the underwater explosion, the grid size and the artificial viscosity coefficient of the primary term have a large impact on the calculation results of the peak pressure of the shock wave. Under the condition of predetermined calculation accuracy, it is of great significance to quickly determine the grid size and artificial viscosity for numerical calculation. For this reason, based on LS-DYNA finite element software, a two-dimensional underwater explosion numerical calculation model of 78 g trinitrotoluene (TNT) was established to analyze the influence of the grid size and the viscosity coefficient of the primary term on the peak pressure of the underwater explosion shock wave and the overall calculation error. The results show that with the increase in the grid density factor, the sensitivity of calculated peak pressure to the grid decreases. When the grid density is larger, a small primary term coefficient will cause the relative error between the calculated peak pressure and the empirical formula value to increase. On this basis, the relationship among the error, grid size, and viscosity coefficient within 20% is obtained, and an error prediction model that can be used to quickly determine the grid size and the artificial viscosity coefficient of the primary term is constructed. Through the underwater explosion calculation of cylindrical TNT charge (aspect ratio of 1) and spherical TNTcharge in the range of 0.2–5 000 kg, the universality of the prediction model is verified, which can provide a reference for the numerical simulation of underwater explosion shock wave in the two-dimensional near-field range.收稿日期: 2023-08-18; 修回日期: 2023-09-10.作者简介: 敖启源(1999-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水下爆炸.* 通信作者简介: 卢　熹(1983-), 男, 博士, 副教授, 主要从事水下高效毁伤技术研究.第 32 卷第 1 期水下无人系统学报Vol.32 N o.1 2024 年 2 月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Feb. 2024[引用格式] 敖启源, 卢熹, 姜智雅, 等. 水下爆炸冲击波数值仿真精度研究[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(1): 158-165.Keywords: underwater explosion; numerical simulation; grid size; artificial viscosity coefficient; error prediction model0　引言水下武器作为舰船生命力的主要威胁之一, 其爆炸冲击波及气泡载荷会对舰船造成严重的局部和总体破坏[1]。

基于ANSYSLSDYNA软件的水下钻孔爆破数值模拟

Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｂｌａｓｔｉｎｇｃｈａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｘｉｍｕｍｐｒｉｎｃｉｐａｌｓｔｒｅｓｓ
随着国家目前对长江黄金水道大力建设ꎬ 长江航运事业得到快速发展ꎬ 水下炸礁等爆破作业在港口码头建设、航道疏浚等工程中得到广泛应用１ ꎮ 水下钻孔爆破技术是目前水下工程爆破的主要方法ꎮ 计算机的不断发展ꎬ 使得动力非线性有限元法在数值模拟分析中得到广泛应用ꎬ 常见的有限元应用软件主要有ＡＮＳＹＳ、ＡＢＡＱＵＳ、ＬＳ￣ＤＹＮＡ等２ ꎬ 其中ＬＳ￣ＤＹＮＡ对于非线性动力分析具有极其强大的功能ꎬ 已成为处理各种爆破问题不可缺的数值分析处理辅助工具ꎬ 数值模拟分析成果可
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｂｌａｓｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ∕ＬＳ￣ＤＹＮＡｓｏｆｔｗａｒｅ
ＨＵＤｏｎｇ￣ｄｏｎｇ１ＸＩＡＯＸｉａｎｇ１ＦＡＮＧＲｕｉ１ＣＨＥＮＧＫａｎｇ２１�� ＣｈａｎｇｊｉａｎｇＷａｔｅｒｗａｙＰｌａｎｎｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＷｕｈａｎ４３００４０Ｃｈｉｎａ２�� ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＷｕｈａｎ４３００７０Ｃｈｉｎａ
ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ∕ＬＳ￣ＤＹＮＡｗｅｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ

基于高性能计算的水下爆炸数值仿真

基于高性能计算的水下爆炸数值仿真水下爆炸数值仿真是利用计算机模拟爆炸波在水中的传播及其对周围环境的影响的一种方法。

实际的水下爆炸试验成本高、风险大、难度大，而基于高性能计算的数值仿真则可以在计算机上进行，大大降低了成本和风险。

一般来说，水下爆炸数值仿真分为三个步骤：建立数值模型、进行计算仿真、分析结果。

首先，需要确定爆炸物的性质、位置、时间以及水的参数，如密度、粘度、速度等。

然后，采用数值模拟软件建立数值模型，如计算流体力学（CFD）模拟、离散元方法（DEM）模拟等。

最后进行计算仿真并对结果进行分析。

基于高性能计算的水下爆炸数值仿真的核心是计算和储存。

高性能计算系统具有高速的计算和存储能力，能够迅速处理大规模数据和复杂的数值模型。

在进行仿真时，需要密切配合计算资源和计算算法，提高并行计算效率和精度。

在实际应用中，水下爆炸数值仿真可以应用于舰船、海洋开发等领域。

如在舰船工程中，水下爆炸容易损坏船体，导致损失巨大。

通过进行数值仿真，可以提前预测水下爆炸对船体的影响，指导设计和改善船体的抗击性能。

在海洋开发中，水下爆炸也可能对海洋设施和生物造成影响。

通过进行数值仿真，可以提前预测影响范围和程度，为改善和保护海洋环境提供依据。

总的来说，基于高性能计算的水下爆炸数值仿真是一种可行性高、成本低、效率快的方法。

它能够模拟真实情况，为科研、工程和生产提供支撑和保障。

在水下爆炸数值仿真中，涉及到各种爆炸物质的参数以及水的参数。

这些参数的准确性将直接影响仿真的准确性。

因此，我们需要对这些参数进行分析和评估，以确保结果的可靠性。

首先，要分析的参数是爆炸物质的参数，如爆炸频率、能量、荷载类型等。

这些参数可以通过实验测量或预估得到。

例如，对于某种爆炸物质，可以通过实验测量其爆炸频率和能量，然后将这些参数引入数值模拟中，进行仿真计算。

在计算中，需要确定合适的物理模型和计算方法，以确保仿真的可靠性。

其次，水的参数也是水下爆炸数值仿真中重要的参数。

基于ANSYS_LS_DYNA模拟水下爆炸冲击波的等效质量法

第200288年卷0 6第月3 期
弹箭与制导学报 Jo urnal of Projectiles , Rocket s , Missiles and Guidance
Vol. 28 No . 3 J un 2008
基于 ANSYS /LS2DY NA 模拟水下爆炸冲击波的等效质量法 3
P=
[1 -
ρ0 C2μ[ 1
+
(1
-
γ0 )μ 2
aμ2 ] 2
( S1
-
1)μ -
μ2 S2 μ+ 1 -
S3
μ3 (μ + 1) 2 ]
+ (γ0 +αμ) E
(6)
式中 :μ = ρ/ρ0 - 1 , C = 01 148 , S1 = 11 75 , S2 =
S = 0 ,γ0 = 01 4934 ,α = 0[2 ] 。
3 等效质量法
为了克服上述困难 , 文中提出了等效质量法。这里首先给出炸药的模拟质量和等效质量的概念 ,炸药的模拟质量是指数值模拟中所使用
第 3 期
贾宪振等 :基于 ANS YS/ L S2D YNA 模拟水下爆炸冲击波的等效质量法
·161 ·
的炸药质量 ,炸药的等效质量是指根据冲击波峰值压力的经验公式 ,利用不同爆距处的冲击波峰值压力的计算值反推而求得的炸药质量。在上面的算例中 ,100kg 就是炸药的模拟质量。爆距为 3m 处的峰值压力计算值为 62M Pa ,根据经验公式可求得对应的炸药质量为 42. 2kg ,即爆距为 3m 处炸药的等效质量为 42. 2kg 。再根据经验公式求出 42. 2kg TN T 炸药在爆距为 3m 处的比冲量的经验值为 22927N ·s/ m2 ,而爆距为 3m 处的比冲量的计算值为 22838N ·s/ m2 ,二者基本一致 ,比冲量误差只有 0. 4 % ,这说明在本节的算例中 ,100kg TN T 炸药在爆距为 3m 处所形成的冲击波强度 ,实际上相当于 42. 2kg TN T 炸药在爆距为 3m 处所形成的冲击波强度。按照同样的方法 ,可以求出爆距为 4 、5 、6 、7m 的等效质量以及相应的比冲量误差 ,见表 2 。

基于ANSYS_LS_DYNA的示位标入水冲击仿真分析

* 收稿日期： 2011－11－15
·15·
·抗恶劣环境设计与试验技术·
电子机械工程
2012 年 4 月
件在研究入水、碰撞、跌落、爆炸等复杂非线性动力学分析中得到了广泛的应用，大量用户的仿真结果与实验结果的一致程度较高，且在设计前期进行数值分析较为灵活，适应性强，对结构详细设计有重要的指导意义。基于上述背景，本文采用有限元软件 ANSYS / LSDYNA 对示位标入水过程进行有限元建模及数值分析，试图得到示位标在不同姿态、速度下入水的冲击载荷参数，指导其后继的结构优化设计。
电子机械工程
Electro－Mechanical Engineering
Vol． 28． No． 2 Apr． 2012
基于 ANSYS / LS-DYNA 的示位标入水冲击仿真分析*
蒋克强1 ，张遵鸥1 ，张培成2
（ 1．中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴 314033； 2．东岳搬运机械有限公司，山东泰安 271000）
图 2 示位标倒立入水模拟
由分析可知最大冲击加速度随入水速度的增大基本呈线性增大趋势；但当入水速度大于一定数值时，单次冲击的加速度曲线不再是一个典型的冲击波，而是出现震荡减小现象，如图 3 所示，这也导致冲击时间随着入水速度的增大而减小，但当速度增大到一定程度后，冲击时间减幅趋缓，如图 4 所示。
倒立入水时，大端面首先接触水面，撞水面积比竖直入水大，示位标受到比竖直入水更大的冲击，但冲击时间接近，可见减小入水冲击的接触面可有效降低冲击载荷。 2． 2 水平入水
如图 5 所示，当水平落入水中时，示位标大端面（节点 472 所在面）的边缘首先撞水，受到冲击力后减速入水，水面向上的反作用力使示位标产生旋转，另一端因旋转导致入水速度增加，故当另一端（节点 757 所在面）也接触水面时，其入水速度比首先接触水面的节点速度大，受到更大的冲击载荷，如图 5 所示。故在对示位标进行结构设计时，要考虑到不同姿态入水可能引起的最大冲击载荷，并对相应薄弱部位的结构做加强设计。

LS-DYNA爆炸模块计算算法概述

LS-DYNA 爆炸模块计算算法概述Dengguide for Simwe 2009-3-18LS-DYNA 是世界最著名的显式非线性动力学计算程序，广泛应用于冲击侵彻、高速碰撞、金属成形等固体结构非线性动力学分析。

近年来，LS-DYNA 中加入了爆炸流场计算功能，可以用于计算爆炸容器的内部爆炸流场和壁面爆炸载荷。

1.1.1 爆轰模型炸药的起爆和爆炸过程是一种快速的化学反应过程，对于该过程的描述，主要存在CJ 模型和ZND 模型两种。

LS-DYNA 中包含两种炸药爆轰模型：高能燃烧模型和点火生成模型，前者属于CJ 模型，后者属于ZND 模型。

点火生成模型需要输入炸药反应率方程参数和未反应炸药的JWL 方程参数，对于大多数炸药来说这些参数缺乏足够的试验数据支撑，而工程中使用CJ 模型就足够了，因此下面主要介绍高能燃烧模型。

高能燃烧模型根据炸药上各点距起爆点的距离和炸药爆速来确定每点的起爆时间，如某个炸药单元中心离起爆点位置的距离为i r ，炸药爆速为D ，则该单元起爆时间/i i t r D =，如果存在多个起爆点，各单元起爆时间按照最近起爆点距离计算。

该模型定义爆炸产物压力P [166]：(,)s P FP V E = (0.1)其中s P 是依据产物状态方程计算得到的压力，F 为燃烧系数： min0,,1.5/i i i t t F t t t t L D ≤⎧⎪=>−⎨⎪⎩ (0.2) 其中min L 为单元最小特征尺寸。

当上式计算的F 值大于1时，将F 值设置为1，使01F ≤≤。

从式(0.2)可以看出，爆轰波到达前F 为零，炸药单元压力为零；当爆轰波经过很短时间后，F 迅速增大为1，爆炸产物压力几乎瞬间从零增大到s P 。

1.1.2 运动方程流体运动方程的描述，按照所采用的坐标系可以分为拉格朗日方法和欧拉方法两大类。

拉格朗日方法在物质域内求解流体运动方程，坐标系固定在物质上并跟随物质一起运动和变形，因此也被称为物质描述；欧拉方法在空间域内求解流体运动方程，坐标系固定在空间不动，物质在计算网格之间流动，因此也称为空间描述。

水下爆破破冰爆炸冲击波传播规律数值分析

水下爆破破冰爆炸冲击波传播规律数值分析曲艳东;刘万里;翟诚;李韧【摘要】利用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟研究水下爆破破冰过程中爆炸冲击波压力的作用特征和传播规律,对比分析在冰体覆盖的相对封闭条件和常规水下爆炸时水中压力变化的差异性.研究表明:爆炸冲击波产生的水压力以炸药为中心向四周传播,对冰面破碎起主要作用,被扰动冰体主要发生振动折裂.炸药周围近区压力初始峰值大体上相同,爆源远区相差较大,冰盖的存在减弱了爆破能量的耗散.对于相同集中药包,入水深度直接影响爆破破冰效果.和常规水下爆炸相比,在冰体覆盖的相对封闭条件下水中峰值压力较小,衰减速度较慢.%The characteristics and attenuation law of shock wave of underwater blasting are simulated by the dynamic analysis software ANSYS/LS-DYNA.A comparative analysis is also conducted to find the water pressure differences between the ice-covered conditions and conventional underwater blasting.The research shows that the water pressure produced by explosion shock wave spread from the center of explosive charge,which is the main reason of the ice broken.The disturbed ice is mainly fractured by the vibration.The initial peak is almost the same in the area near the explosive charge.The existence of the ice could weaken the dissipation of the blasting energy of explosive.For the same explosive charge,the different water depths directly affect the effect of ice pared with conventional underwater blasting,the peak pressure in water is smaller,which attenuates slower under the relatively closed ice-covered condition in the underwater blasting process.【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】5页(P100-104)【关键词】爆破破冰;爆炸冲击波;水压力;振动折裂【作者】曲艳东;刘万里;翟诚;李韧【作者单位】辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001;辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001;辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001;辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001【正文语种】中文【中图分类】TV54+.5在我国很多区域都会出现冰凌现象。