水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟
水下爆炸冲击波作用下的空化效应数值仿真研究
水下爆炸冲击波作用下的空化效应数值仿真研究宗智;陈岗;叶帆;李海涛;赵延杰【摘要】水下爆炸冲击波会使自由液面和结构附近的水域产生空化效应,引起的空化区域在闭合溃灭时会对结构产生较大的二次加载现象。
文章理论分析了空化区域的形成,并用ABAQUS模拟计算了水下爆炸冲击波产生的空化区域的膨胀扩大、收缩溃灭过程,将模拟结果与实验值进行比较,结果表明,ABAQUS可以很好地模拟水下爆炸冲击波引起的空化现象,并验证了空化溃灭时对结构的二次加载作用是不可以忽略的。
%Cavitation can occur in water area near the free surface and structure subjected to underwater shock. A high reloading pressure is generated when the cavitation region collapses. In this paper, the for-mation of cavitation region is analyzed in theory. The evolution and closure of cavitation region are numer-ically simulated by ABAQUS and compared with experimental values. The results show that cavitation canbe simulated very well by ABAQUS and the secondary pressure producedin the fluid near the cavitation closure point is proved to be non-ignorable.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】10页(P385-394)【关键词】水下爆炸;数值模拟;空化效应;二次加载【作者】宗智;陈岗;叶帆;李海涛;赵延杰【作者单位】大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶与海洋工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶与海洋工程学院,辽宁大连 116024;中国船舶与设计研究院,上海 200011;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶与海洋工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶与海洋工程学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】O38;TV131.21 引言水下爆炸主要包含两个阶段:冲击波阶段和气泡脉动阶段,但实际上除了上述两个主要爆炸载荷外,还会有空化效应引起的二次加载对结构的影响。
水中电爆炸气泡动态特性试验研究
关键词 :水 下 电爆炸 中图分 类号 :T J 5
高 速摄 影
气泡
脉动
射 流 文 章编 号 :1 0 0 3 - 4 8 6 2( 2 0 1 3 )0 5 — 0 0 2 3 - 0 4
船 电技 术 1 应用
赵 海峰 , 操 戈
( 1 .海 军工程 大 学,武汉 4 3 0 0 3 3 ; 2 .海 军某代 表 室 ,武 汉 4 3 0 0 6 0 ) 摘 要 : 由于 现实 大药 量水 下爆 炸 实验 的气 泡运 动性 态 ,难 以很好 地利 用高 速摄 影进 行拍摄 。本 文通 过 自 主 设计 的实验 电路 ,模拟 水下 电爆 炸 的各种工 况 ,证 明 了低 电压 充放 电电路实现 水下微 型 电爆炸 的可 能性 ,
( 1 . Na v a l Un i v e r s i t y o f E ng i n e e r i n g , Wu h a n 4 3 0 0 3 3 , Ch i n a ; 2 . Na v a l Re p r e s e n t a t i v e s Of f i c e i n Wu h a n , Wu h a n 4 3 0 0 6 0 ,
0 引 言
研 究 水 下 爆 炸 的特 性 ,除 了之 前 较 为 系 统 的
光 测 效 果 更 好 的 电爆 炸 ,并 结 合 高 速 摄 影技 术 进 行 试 验 ,取 得 了令 人 满 意 的 效 果 。如 C h a h i n e ] , B l a k e j 等和张寒 虹1 5 - 7 1 等 研 制 的 高 压 电水 下 电爆 炸 装 置 ,T u r a n g a n [ 8 ] 等 和 张 阿 漫 等 研 制 的 低 压 电 水 下 电爆 炸 装 置 。
水下爆炸气泡脉动的数值计算
水 下 爆 炸气 泡脉 动 的数值 计 算
王振 宇, 兆田, 唐 王 善, 王 云
( 尔滨工程 大学 建筑工程 学院, 哈 黑龙 江 哈 尔滨 1 00 ) 5 0 1
摘
要: 水下近场爆炸可分为装药 的爆轰 、 冲击波 的产生和传播 、 气泡 的形成 和脉动. 尽管气泡 脉动压力峰值较 冲击
( o lg fCii En i e r g C l e o v l g n e i 。Ha b n En i e rn i e st e n r i g n e i g Un v r i y,Ha b n 1 0 0 , ia r i 5 0 1 Ch n )
Ab ta t Ne rfed u d r tre po in a ed vd d i t h e h s s x l so fc a g s e e a src : a- l n ewa e x l so sc n b iie n o t r ep a e :e po in o h r e ;g n r — i to n r p g to fb a twa e f r to n u s t n o u b e . Alh u h t e p a au ft e in a d p o a a in o ls v s o ma in a d p la i fb b ls l o t o g h e k v leo h b b l us t n p e s r si eaiey s l c mp rd t h to h h c v s h te u t n o h u bep lai r s u e sr ltv l mal o a e o t a ft es o k wa e ,t eat n ai ft e o o b b l e ege sv r lw o p r dwih t es o k wa e . B c u eo hs h i i f e c so tu — u be n r isi ey so c m a e t h h c v s e a s ft i ,t er n l n e n asr c u t r a n tb e lce . W ed rv d a mp o e q ain f rb b l u s t n a dp e s r itiu in u ec n o en g e td e ie n i r v d e u t o u bep lai n r s u e dsrb t o o o i n u d r t re p o in,c n ie ig e e g o s sa dt eefcso it a o c sa d b b l n r is n a n e wa e x lso o sd rn n r y ls e n h fe t fvru l re n u bee e ge f o h h rc eit so i b b l u s t n n t ec a a trsi f r u bep la i .Th n t eda tr eid,a dv lct f u bep la in c a o e h imee ,p ro n eo i o b l us to s y b
水中爆炸气泡脉动现象的实验研究
膨胀 阶段 , 泡 中心 位 置 保 持 不 变 , 着体 积 的不 断 缩 小 , 泡 上 浮 越 来越 明 显 。受 重力 影 响 , 泡 下 表 面 收 气 随 气 气
水 中爆 炸气 泡脉 动 现 象 的实验研 究
汪 斌, 张远平, 王彦平
( 国 工程 物 理 研 究 院 流 体 物 理研 究 所 冲击 波 物理 与爆 轰 物 理实 验 室 , 中 四川 绵 阳 6 10 ) 2 9 0
摘 要 : 实 验 水 箱 中 采 用 高速 摄 影 技 术 获 得 了炸 药水 中爆 炸气 泡 脉 动 过 程 图像 。实 验 结 果 表 明 : 长径 在 短
缩 速 度高 于 上 表 面 , 收 缩 至 最 小 时 下 表 面 向上 冲 顶 , 泡 溃灭 形 成 水 射 流 。 在 气 关键 词 : 炸 力 学 ; 泡 脉 动 ; 中爆 炸 ; 射 流 爆 气 水 水
中 图分 类 号 : 8 . 03 3 1 国标 学 科 代 码 :1 0・ 5 3 3 文 献 标 志码 : A
第6 期
汪
斌 等 :水 中爆 炸 气泡 脉 动 现 象 的实 验 研 究
贴有一 层 2 厚 的低 密度 吸能 材料 , 0mm 实验 结果 表 明采用 此方法 可 以显 著提 高数据 真实 性和 气泡 图像
质量嘲 。
3 实验 结果 及 分 析
3 1 气 泡脉 动 图像 .
3种规格 P T 炸 药柱 水 中爆炸 后 的典 型气泡 脉动 过程 图像 如 图 2所 示 , 中从 左 至右 列 出 了气 E N 图 泡 产生 、 胀 至最 大 以及 收缩 至 最小 的整 个脉 动过 程 。本 文 中 以 4 5gP TN 炸 药水 中爆 炸 气 泡脉 动 膨 . E 过程 为例分 析 相关现 象 : 炸药起 爆 时刻 为 t , 中黑 线 为起 爆 电缆 , 部 白色 细线 为鱼 线 , 固定 =0ms 图 底 在 炸药 的 同时可 以减少 外 界条 件对 气泡 脉动 过程 的影 响 。炸药 起爆 以后 , 温 高 压 的爆 炸产 物 压缩 周 围 高 流体 , 迅速 向外 膨胀 , 成一个 爆 炸气 泡 , 上表 面受 雷管 套 等残余 物 影 响 而变 得 不清 晰 。随 着气 泡 体 形 其 积 的增 大 , 泡 内气体 压 力逐渐 减 小 , 胀速 度逐 渐降低 , 气 膨 当气 泡 内气体压 力 和周 围流体静 压相 等时 , 由
水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟
0 : . 密度取 15 0 k/ 初始 比内能 4 1 J k , 始爆 轰 速度 6 9 m s 9 0 3, 8 gm , . 9M / g 初 . 3k / 。 空气 状态 方程。 ) e
基 金 项 目 : 南 省 科 技 计 划 重 点 攻 关项 目(9 12 1 20 ; 河 02 0 2 0 5 ) 河南 科 技 大 学 博 士 科 研 启 动 基 金 项 目( 0 7 20 ) 作 者简 介 : 梅 群 ( 9 0一) 男 , 南偃 师 人 , 师 , 士 , 究 方 向为 工 程 力 学 . 18 , 河 讲 博 研
测 得 了爆炸相 似率 系数 , 与理 论 符 合较 好 。刘 科 种 采 用 A T D N数 值 计 算 软 件 , T T水 下爆 炸 UO Y 对 N
冲击波 传播过 程进 行 了数值模 拟 , 比较 准确 地反 映 了冲击波 在水 中传 输 时的衰 减演 化过 程 。 本 文基 于 L . Y A程序 , 半无 限水 域 中球 形装 药所 产 生 的 冲击 波 以及 气 泡 运 动进 行模 拟 , 而 SD N 对 进
文 章 编 号 :6 2—6 7 (0 0 0 17 8 1 2 1 )4—0 5 0 0 7— 3
水 下 爆 炸 冲 击 波 压 力 时 程 的 数 值 模 拟
梅 群 , 中华 朱 俊 锋 李 作 良 侯 , ,
( . 南科 技 大 学 规划 与 建 筑 工 程 学 院 , 南 洛 阳 4 10 ;. 参 工 程 兵 科 研 三 所 , 南 洛 阳 4 12 ) 1河 河 7 0 32 总 河 7 0 3 摘 要 : 用 L —Y A程 序对 水下 爆 炸 冲击 波进 行 了 数值 模 拟 研 究 。首 先 模 拟 了半 无 限 水 域 下 的爆 炸 冲击 波 运 SD N 的 形 成 以 及 气 泡运 动规 律 , 析 了爆 炸 波 的 压 力 时 程 曲线 。 在 此 基 础上 , 一 步 讨 论 了水 下 爆 炸 冲 击 波 与水 分 进
水下爆炸中的流体力学
d divV dt
c2 dP d
式中: V-速度矢量,m/s; P-压力,Pa;
-介质密度, kg / m3 ;
c-介质波速,m/s 分析水下爆炸的问题过程中, 由于冲击波通过介质后熵值变化很 小,接近于等熵过程。水的等熵状态方程为:
水下爆炸中的流体力学
一、绪论
水下爆炸炸药、鱼雷、炸弹或核弹等在水中的爆炸,是一个极短 时间内,在有限体积或面积上发生极大能量转换的过程。其过程大体 可分为三个阶段:装药的爆轰、冲击波的产生、气泡的形成和脉动。 由于水下爆炸冲击波的强破坏效应,故在国防军事、国民经济建 设、生物医学等领域都具有重要地位。水下爆炸冲击波的传播规律及 其动力效应是水利水电工程、 航运工程和爆破工程等领域关注的一个 重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数 的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。军事上,对水下 爆炸冲击波的研究一直是舰船抗爆保护的重点。 目前,国内外水下爆炸的研究主要趋向于理论分析、实验研究和 数值计算三种方法有机结合所进行的综合性探索。 然而由于其复杂性, 该领域一直以实验研究为主。 近年来随着计算机技术和计算理论的快 速发展, 使得人们可以通过数值模拟的方法对水下爆炸的各种现象进 行预报。各种计算机软件大大方便了这一领域的研究工作。 近年来,随着一批大型通用程序的出现 ,基于通用程序的数值模 拟方法已成为研究水下爆炸冲击波和气泡脉动的重要手段。 目前能模 拟水下爆炸冲击波和气泡脉动的通用程序主要有 DYNA,DYTRAN 和 AUTODYN。国内外已有不少学者运用 DYNA 和 DYTRAN 对水下爆炸冲击 波和气泡脉动进行了数值模拟研究。
W 1/3 pmb 7.24 R I b 2.227 (QW )2/3 h1/6 R
水中金属丝电爆炸冲击波一维数值模拟_李兴文_晁攸闯_吴坚_贾申利_邱爱慈
One-Dimensional Simulation for Shock Waves Generated by Underwater Electrical Wire Explosion
LI Xingwen, CHAO Youchuang, WU Jian, JIA Shenli, Qiu Aici
(State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)
第 49 卷 第 4 期 2015 年 4 月
西 安 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY
Vol.49 No.4 Apr. 2015
水中金属丝电爆炸冲击波一维数值模拟
李兴文,晁攸闯,吴坚,贾申利,邱爱慈
(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安) 摘要:为了明确水中金属丝电爆炸冲击波的形成机理,基于经典活塞模型,采用相似参数法,引入双人工黏性系 数,建立了水中金属丝电爆炸冲击波的一维计算模型。以等离子体放电通道边界膨胀轨迹作为模型唯一的输入参 数,得到水中冲击波传播的时间与空间分布规律,通过与其他文献实验结果的对比,验证了本文计算方法的有效 性。模拟结果表明,双人工黏性系数法使计算得到的冲击波更符合实际情况。爆炸初始时刻,等离子体放电通道 边界膨胀压缩周围水介质产生的冲击波高达 GPa,冲击波压强峰值与径向传播距离的-0.7 次幂成正比关系。本文 采用的计算方法既不涉及脉冲放电过程以及复杂的放电等离子体物理变化过程,也不涉及放电通道与水的物理化 学作用过程,只需根据诊断实验得到放电通道边界膨胀轨迹,即可模拟水中金属丝电爆炸冲击波的产生与传播过 程,对工程实践具有重要的指导意义。 关键词:水中放电;金属丝电爆炸;冲击波;人工黏性系数;等离子体 中图分类号:TM89 文献标志码:A 文章编号:0253-987X(2015)04-00000-00
水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析
水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析徐永刚;宗智;李海涛【摘要】Underwater explosion may result in serious damages to the floating structure. The purpose of this paper is mainly to study effects of response characteristics of structures subjected to underwater explosion and provides a reference for anti -shock design of warship. The accuracy and efficiency of ABAQUS software in simulating the elastic-plastic response of structure subjected to underwater explosion were verified. The dynamic responses in terms of strain and stress of the structure under underwater explosion loading in different cases were calculated and analyzed using ABAQUS software. The calculated results show that the pressure of bubble pulse is the major factor of ship whipping and overall damage.%结构在水下爆炸作用下会产生严重的破坏,研究水下爆炸作用下结构的响应特征和规律,并为舰船抗冲击设计提供参考。
首先验证了ABAQUS软件模拟结构受水下爆炸载荷作用弹塑性响应的有效性和准确性。
有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟
有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟随着人们对海洋资源的开发和利用的不断加深,越来越多的工业污染和人为干扰正在导致海洋环境的恶化。
其中,有限水域是容易受到这些干扰的海区之一。
在这些区域中,水体的物理和化学性质可能会发生重大变化,从而影响到生态系统的平衡和健康。
因此,对于这些海洋区域的研究和监测显得尤为重要。
其中,水中爆炸气泡脉动的数值模拟是一种有效的手段,可以帮助我们更好地了解这些海域的物理特征和环境变化。
在水中爆炸气泡脉动的数值模拟中,主要就是对水波的物理特征进行模拟。
水波一般包括两种类型:远场波和近场波。
远场波是指成簇的波,它们频繁出现在爆炸点附近,伴随着高强度的涡旋和涡街。
近场波则是指趋向于中心和远离中心的波动,其大小和形状可以通过数学模拟计算获得。
在数值模拟中,我们可以使用 Navier-Stokes 方程,即流体力学基本方程,来描述水波的物理特征。
这些方程可以帮助我们计算出水波中每个点的运动和压力等参数,并可以通过计算机模拟得到这些参数随时间、空间和深度变化的趋势。
通常,我们使用计算流体力学(CFD)来进行这种数值模拟。
在这个过程中,我们需要为模拟设置合适的初始参数和运动参数,如初始流速、初始压力、边界条件等。
这些参数的设置直接影响着数值计算的准确性和结果的分析。
通过数值模拟,我们可以深入了解水中爆炸气泡脉动的机制和原理,从而指导海洋环境的监测和管理。
我们可以据此预测爆炸气泡造成的水波和浪涌等影响、预判海洋环境的变化趋势、以及制定相应的环保和资源保护政策。
总之,水中爆炸气泡脉动的数值模拟是一种有效的工具,可用于研究海洋环境的物理和其它特征,从而为我们更好地了解这些海域、保护海洋资源和维护生态平衡提供有益的参考和指导。
在水中爆炸气泡脉动的数值模拟中,液体和气体的物理参数是进行模拟的关键。
下面列出一些相关数据,并进行分析:1. 液体的密度:水的密度约为1000 kg/m3。
当液体密度越大时,水波的速度就会越快,水的表面张力也会增强。
实验室尺度水下爆炸气泡实验方法
C iaAcd myo n neigP yi , a y n 2 90, hn ) hn a e f g er h s sMin a g6 10 C ia Ei n c
Ab t a t s r c :A l b rt r —c l x e i n to sfu d d t n e t a eu d r a e x lso u b e d n mi s a o ao y s ae e p rme t meh d i o n e o iv si t n e w tre p o in b b l y a c . g
关键词 :实验室尺度 ; 高速摄影 ; 气泡 ; 水下爆 炸
中 图 分 类 号 :U6 1 0 8 6 ; 34 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :10 -7 7 2 1 )2- 7 -3 00 98 ( 0 1 1 -05- 0 0
La b e bo a o y s a e un e wa e x l so u bl e p rm e tm e h d x e i n to
影 技术 , 2 2m x 在 m x 2m的水箱 中进行 , 分别从 定性和定量 的角度分析 了水箱边界影 响产生的 的误差 。 研究 了小当量 P T E N的水下爆炸气 泡现 象 , 高速摄影 的速度控制在 4 0 5 0 ~, 0 0— 0 0 S 精度控制在 1 以内。 % 实验结果表 明: 随着药量 的增加 , 水箱边界 的影 响逐 渐增加 。在进行实 验室尺度水 下爆炸气 泡实验时 , 为 尽量减 小边界对气泡运动产生 的影响 , 需要控 制使 用的药量 。
水下爆炸载荷数值模拟方法
于 中等 强度 冲击 波 , 时冲 击波通 过 介质后 熵 值变 化 这 很 小 , 般 可 以认 为 是 等 熵 过 程 , 一 由文 献 [ 得 到 水 5]
介 质 的等熵 状 态方 程 :
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图 1 炸 药 压 力 P随相 对 密 度 竹变 化 曲 线 图
Fi.1 Pr s u e v ra in c v fe p o ie wih r ltv g e s r iito ure o x l sv t e aie
p= ( 3)
1 状 态 方 程
状 态 方程 是用 来 定 义 固体 或 流 体 在 不 同 状 态 下
的压力 、 度及 比内 能 之 间 的 函数 关 系 , 确选 取 状 密 正 态方 程 中的参 数对 于数 值计 算结 果 至关 重要 。
1 1 炸药 状态 方程 .
为 了便 于 MS . y a C D t n程 序 应 用 , 其 变 换 为 多 r 将 项式 形 式 P :a +a/ l 2 +0 。其 中 Ⅱ x 3 l= 2 1 . 8× 1 a 0 , 2=6 6 0 ;。 . 9X1 3=1 1 . 5×1 , 的初 始密 0 水
一
90 . 80 .
—
70 . 60 . 5o ・ 40 . 30 . 20 . 1 . 0
水下爆炸的数值模拟研究现状
海 军航 空工程 学 院学报
JOURNAL OF NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE
Vo l . 2 1
N o .2
M a r. 2 0 0 6
水下爆炸的数值模拟研究现状
王伟力’ ,曾 亮2, 朱建方2
( 1. 海军航空 「 程学院兵器科学与技术系; 2. 海军航空工程学院研究生管理大队, 烟台, 264001)
要手段是水下爆炸,要加强舰船、 潜艇的作战及防 护性能,必须充分了解水下爆炸的特性。 人们开始对水下爆炸进行比较系统的研究可以
追溯到R.H.Cole 于 1949 年出版的《 水下爆炸》 该 ,
书总结了 1941- 1946 年美国的有关研究成果, 介绍 了水下爆炸的基本物理现象 、化学变化特性、水下 爆炸载荷传播及分布特点,以及水下爆炸的实验研 究方法和水下爆炸的破坏作用过程及效应 ,并从理 论上探讨了水下爆炸机理 ,其总结的半经验半理论 公式在缺乏实验测试数据的情况时至今仍被广泛使 用[n。 从上世纪 80 年代开始, 随着计算机的高速发 展和实验手段的不断进步,有关水下爆炸的理论、 实验、数值模拟研究得到了迅速的发展,尤其是近 年来,随着计算机硬件及计算方法的逐步完善,数 值计算取得了长足的进步,已成为爆炸力学的三个 基木手段之一。一般而言,理论分析、实验研究和 数值计算下种方法的有机结合是 目 前国内外对水下
的气泡脉动规律 、脉动周期的变化等进行了较详细
的数值模拟研究。并将研究结果与 Mader.C.L 的有
关结果进行了对比,结果都符合很好 ,但其研究中 没有考察水的状态方程中诸如水的粘性、含盐量大
射后的流场, 计算的一维流场结果与测试数据和理
深水爆炸载荷数值仿真研究
以及 表面 空 穴 闭合 二 次 加 载n 。 随着 有 限元 数 值 计 算 的发 展 , 数值 计 算 方 法 已经 成 为 水 下 爆 炸 载 荷
分析 的 重 要 手 段 之 一 。AUTO DYN 早 期 的 一 阶
E u l e r 方 法 是 基 于 Ha n c o c k ( 1 9 7 6 ) 发展 的, 1 9 9 5年
水水下爆炸 冲击波载荷 、 气 泡 脉 动 载 荷 以及 冲 量 , 并 与 经 验 公 式 计 算 结 果 比较 , 同 时 分 析 了 近 场 水 下 爆炸条件下 圆形壳体结 构的损 伤。数 值模 拟得 到 的二 次脉 动压力 、 气 泡大 小 、 脉 动 周 期 等 均 与 经 验 值接近 , 水下 冲击波 和气泡脉动 的冲量大 小相 当, 表 明 应 用 AUT OD YN 是 研 究 水 下 爆 炸 现 象 的 有 效
深 水 爆 炸 载 荷 数 值 仿 真 研 究
詹 发 民 ,姜 涛 , 任 佳 宁 ,马 贵 义
( 海 军潜艇 学 院 ,山东青 岛 2 6 6 0 2 2 )
摘 要 : 为 了更 好地研究水 下爆炸 载荷的特点 , 应用 A U T O D Y N有 限元程序 , 通过 数值 仿真得 出数值仿真 ;AUTOD YN
中 图 分 类 号 :0 3 4 4 . 7
文 献 标 识 码 :A
d o i :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 6 — 7 0 5 1 . 2 0 1 3 . 0 6 . 0 0 3
1 引 言
水下 爆 炸 载 荷 的 主要 形 式 为 冲 击 波 、 气 泡 脉 动
题, 而高 阶多 物 质 E u l e r - Go d u n o v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 ,
小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验
法提 高水 中静 水压 , 达 到模拟 深水 环境 的 目的 , 在 洪 江波等 口 的研究 工作 中也 可 以得 到证 实 。 目前 , 国
容器 中开展小 当量 炸药 的水 下爆 炸实验 研究 是可 行 的 。
在深 水爆 炸研 究 中 , 国内 已开展 了使用 AUTO DYN、 D YTR AN、 AB AQUS等商 业 软件或 采用 自编 程序 进行 深水 爆炸 载荷 演变及 其 与各类 结 构相互 作用 的数 值模 拟研 究 剐, 而在 深水爆 炸模 拟实 验 方 面
泡 脉动 规律 , 结果 表 明 : 爆 炸气泡 脉动 周期 与模 拟水 深之 间呈 现 出衰减 趋势 , 并 拟 合 出相 关 衰减 系数 。
1 气 泡 脉 动 量 纲 一 分 析
为简化 力学 方程组 , 得 到影 响气 泡脉 动 的关 键 因素 。忽 略热传 导 和粘滞 性等 因素 的影 响 , 将 水介 质 简 化 为理想 不可 压缩 流体 。假设 气泡 以球 形运 动 , 设 气 泡半径 为 n, 中心上 浮速 度为 “ , “ 流 体静力 ” 深 度 ( 实际 水深加 1 0 m) 为 , 水 密度 为 p o , 冲击 波传播 至水 中后 爆轰 产 物 的总 能 为 y, 对 应 的内能 为 E( a ) 。
第3 5 卷
第 3期
爆
炸
与
冲
击
V o1 .3 5, N o. 3
Ma y, 2 01 5
2 0 1 5年 5月
EX PL0 SI O N A N D SH 0CK W A V ES
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]。
鱼雷水下爆炸的分析及模拟研究
鱼雷水下爆炸的分析及模拟研究
本文从理论研究和数值仿真两个方面对水下爆炸及水下结构在水下爆炸冲
击载荷作用下的动态响应等问题进行了较为深入的研究。
本文首先对水下爆炸冲击波在水中传播的三大计算理论即:基尔克乌特—别泽理论、基尔克乌特—布林克里理论及宾尼理论进行了论述,并对流固耦合问题的解耦方法做了较深入的探讨。
在对水下爆炸问题的理论求解方法详细探讨之后,本文应用瞬态动力学分析软件MSC-Dytran对鱼雷水下爆炸过程中冲击波产生、传播;气泡的生成、膨胀过程进行模拟仿真。
通过数值模拟比较了鱼雷在深水区域水下爆炸时不同装药方式下压力密度等参量在起爆后在所研究区域分布情况的差异,通过对模拟结果的分析探讨了数值模拟过程中对装药方式的简化原则。
在应用瞬态动力学限元软件MSC.Dytran对近水面水下爆炸进行数值模拟过程中。
得出炸药起爆后各个时刻冲击波的传播情况,并通过对密度分布情况进行研究实现了对气泡脉动过程及水花形成过程仿真。
在研究冲击波作用下,水下结构的响应问题过程中首次建立了不同类型的潜艇壳体有限元模型,并分别模拟处在相同的爆炸环境下的潜艇壳体的破坏情况,并把结果进行比较,探讨了
不同有限元模型在数值仿真过程中适合的条件。
近场水下爆炸气泡脉动及水射流的实验与数值模拟研究
近场水下爆炸气泡脉动及水射流的实验与数值模拟研究文彦博;胡亮亮;秦健;张延泽;王金相;刘亮涛;黄瑞源【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2022(42)5【摘要】海上作战时,近场水下爆炸形成的水射流能造成水面舰船结构的严重局部毁伤。
为了研究近场爆炸时舰船底部水射流的形成机理及规律,开展了TNT当量2.5 g的炸药在固支方板底部不同爆距下起爆的水下爆炸实验。
结果表明,气泡坍塌形成水射流的过程随着爆距的增加由吸附式向非吸附式转化。
接着,基于ABAQUS 软件采用CEL方法开展了系列数值模拟,结果表明:爆距在0.821~0.867倍最大气泡半径时,存在吸附式射流向非吸附式射流转化的临界点;固支方板加快了气泡坍塌的进程,炸药与钢板间的距离越小则射流形成的时间越早;射流形成过程中最大速度和射流击中钢板时速度均随着爆距的增大先增大后减小,并在临界点附近达到最大值,射流速度最大可达621 m/s,射流击中钢板时速度最大可达269 m/s。
最后,给出了射流开始形成时间、射流最大速度、射流最大速度出现时间、射流击中钢板速度和射流击中钢板时间与距离参数的函数关系式。
【总页数】19页(P71-89)【作者】文彦博;胡亮亮;秦健;张延泽;王金相;刘亮涛;黄瑞源【作者单位】南京理工大学瞬态物理国家重点实验室;福州大学土木工程学院;上海宇航系统工程研究所;海军研究院【正文语种】中文【中图分类】O382.1【相关文献】1.水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究2.水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟3.刚性壁或刚性单柱附近水下爆炸气泡脉动的数值研究4.小当量梯恩梯水下爆炸气泡脉动的数值模拟5.水下爆炸气泡脉动的实验及数值模拟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟
CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟冯凇;饶国宁;彭金华【期刊名称】《含能材料》【年(卷),期】2018(026)008【摘要】为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基高聚物粘结炸药(PBXs)的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图.计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量.采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程.结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量.气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms 时,含铝炸药气泡内产生火光.含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm.实验与仿真结果吻合良好.【总页数】10页(P686-695)【作者】冯凇;饶国宁;彭金华【作者单位】南京理工大学化工学院,江苏南京210094;南京理工大学化工学院,江苏南京210094;南京理工大学化工学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ55;O384【相关文献】1.含铝炸药水下爆炸及其对舰船毁伤的数值模拟 [J], 赵倩;聂建新;王秋实;段晓瑜2.黑索今基含铝炸药水下爆炸性能的实验研究 [J], 荣吉利; 赵自通; 冯志伟; 韦辉阳; 潘昊; 徐洪涛; 辛鹏飞3.CL-20基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响 [J], 冯晓军; 薛乐星; 曹芳洁; 刘谦; 李欣4.含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟 [J], 孙远翔;田俊宏;张之凡;师明飙5.铝氧比对CL-20基含铝炸药水下能量输出结构的影响 [J], 孙晓乐;万力伦;杨琢钧;刘平;彭继武;刘海伦因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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正确 、 有效 , 结果 准确 。 以此 为基 础 , 分析 和 总结 了网格 密度 、 圆柱 形炸 药长 径 比、 爆炸 距 离、 爆炸 角
LI in 一,RONG i. a J j.. 1 i,YANG n — e ,Z Ro gj HANG o i Ta
( . c o l f c n e e i n t u e f c n l y B in 0 0 1 C ia 1 S h o o i c ,B in I s t t o h o g , e ig1 0 8 , hn ; S e jg i Te o j
(. 1 北京理工大学 理学院,北京 1 0 8 ;2 广西工学院 汽车工程 系。广西 柳州 5 5 0 ; 001 . 4 0 6 3 北京理工 大学 材料科学与工 程学院 ,北京 1 08 ) . 00 1
摘 要 :以实验 方 法研 究球 形 TNT炸 药及柱 形含 铝 炸 药水 中爆 炸冲 击波传 播及 气泡脉 动 规律 。
s o k wa ea d t e mo in o u b e h c v n h t fb b l .Th fe to rd d n i , ln t — ime e a i fc l d ia o e e f c fg i e st y e g h d a t r r t o yi r l o n c
针对目前近场水中爆炸数值计算中存在的不能同时考虑冲击波传播及气泡运动的问题本文采用实验与数值计算相结合的方法对近场水域中冲击波传播及气泡脉动进行研究首先在同一水域相同位置处分别对质量相同的球形tnt及柱形含铝炸药的冲击波超压和气泡脉动压力进行测量然后采用mscdytran有限元软件对实验工况进行模拟数值计算结果与实验结果符合较好
s o t a h t u t r — l d c up i t o c n be u e p e ie y t smult t e p o a a in o h w h t t e s r c u e fui o l ng me h d a s d r cs l o i a e h r p g to f
ee n n l s o t r .Th o u a i n l e u t r o p r d wi x e i n a e u t ,wh c lme ta ay i s f wa e s e c mp t t a s lswe e c m a e t e p rme t l s l o r h r s ih
3 S h l f tr l i c n c n l y B i g Isi t f eh oo y e ig 1 0 8 。C ia . o ei e e dTeh o g 。 e i n t ueo c n l 。B in 0 0 1 hn ) c o Ma a S n a c o j n t T g j A s r c :Ex e i n a n e t a in r a r d o to h h c v r p g t n a d b b l i b t t a p rme t liv si t s we e c r i u n t e s o k wa ep o a a i n u b e m— g o e o
度对 冲击波 峰值 的影 响。有 限元 模型、 法及计算 结果对相 关 的工程研 究和计 算具 有 一定参 考价值。 方
关键 词 :流体力 学 ; 中爆 炸 ;冲击 波 ;气泡 脉 动 ;数值 模拟 水 中图分类 号 : 3 08 文献 标 志码 : A 文 章编号 : 0019 (0 81—4 70 10 —03 20 )213—7
Ex rm e n m e i a m u a i n o ho k W a e Pr p g to n pe i nta d Nu r c lSi l to fS c v o a a in a d Bu bl m p l e o b eI u s f Und r t r Ex l so e wa e p o i n
第 2 卷第 1 9 2期
2008 l 年 2月
兵
工
学
报
Vo . 9 12 NO 1 .2
De 20 c. 08
ACTA AR M AM EN TAR I I
水 中爆 炸 冲 击 波 传 播 与气 泡 脉 动 的 实 验 及 数 值 模 拟
李健 一,荣吉利 ,杨 荣杰。 ,张涛
p leo d r t re lso ft p rc l u s fun e wa e xpo i n o hes he ia TNT nd c i rc lau i z d e plsv s a yl nd ia l m nie x o ie .Thep sc l hy ia p o e s o n r t re lso d rg a iy wa i lt d a n l z d u i g M SC. r c s fu de wa e xpo in un e r v t ssmu a e nd a ay e sn DYTRAN i ie fn t
2. p rme t f t mo i n i e rn ,Gu n x i est fTe h oo y De a t n o Au o b l E gn e i g e a g iUnv r i o c n lg ,Li z o 4 0 6 y u h u 5 5 0 ,Gu n x , h n ; a g i C i a
e lsv ,pr p g to it n e a d e lso n e o h a r s ur f s o k wa e wa nay e xpo i e o a a i n ds a c n xp o in a gl n t e pe k p e s e o h c v s a l z d a u nd s mma ie rz d.Th i t lme t mo e , me h d a d c mp a i n lr s ls i h t d r f a e fnie ee n d l t o n o ut to a e u t n t e s u y a e o c r an r f r nc au o r l tv ng n e i g r s a c n a c lto e t i e e e e v l e t ea ie e i e rn e e r h a d c lu a in. Ke y wor s:fu d me h n c d l i c a is;un e wa e xpo i n;s c v d r t r e lso ho k wa e;bu b e i p le b l m u s ;nu rc lsmul— me ia i a