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破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析

郑红伟 陈长海 侯海量 朱锡 李典

郑红伟, 陈长海, 侯海量, 朱锡, 李典. 破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(6): 73-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.011
引用本文: 郑红伟, 陈长海, 侯海量, 朱锡, 李典. 破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(6): 73-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.011
ZHENG Hongwei, CHEN Changhai, HOU Hailiang, ZHU Xi, LI Dian. Simulation analysis of effects of single fragment size on air-blast wave and fragment propagation[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(6): 73-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.011
Citation: ZHENG Hongwei, CHEN Changhai, HOU Hailiang, ZHU Xi, LI Dian. Simulation analysis of effects of single fragment size on air-blast wave and fragment propagation[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(6): 73-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.011

破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.011
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51409253

国家自然科学基金资助项目 51679246

详细信息
    作者简介:

    郑红伟, 男, 1992年生, 硕士生。研究方向:舰船结构强度。E-mail:zhw_hit@163.com

    通信作者:

    陈长海(通信作者), 男, 1985年生, 博士, 讲师。研究方向:舰船结构抗爆抗冲击。E-mail:chenchanghai0746@163.com

  • 中图分类号: U661.43;O383+.3

Simulation analysis of effects of single fragment size on air-blast wave and fragment propagation

知识共享许可协议
破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析郑红伟,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  为探讨高速破片与空爆冲击波相互作用下冲击波与高速破片的传播规律以及速度和能量衰减机制,  方法  采用ANSYS/LS-DYNA软件建立端部贴有预制破片的柱状TNT空爆仿真模型。在破片总质量相同的情况下,改变单个预制破片尺寸,研究破片群单个破片尺寸对冲击波及破片自身传播过程的影响。  结果  结果表明,预制破片群会阻碍破片正后方冲击波的传播,较大程度地降低冲击波的强度和传播速度;在破片群总质量相同的情况下,单个破片尺寸对冲击波传播的影响差异不大;破片群的单个破片尺寸越小,破片群获得的初始总动能越高,但破片速度衰减越快。  结论  因此,在空爆冲击波和高速破片联合作用的研究中,应主要考虑爆炸产生的破片尺寸差异对高速破片载荷的影响。这一结论可为战斗部空爆载荷特性及载荷联合作用研究提供参考。
  • 图  1  六网格密度模型

    Figure  1.  The six-meshes density model

    图  2  0.25 m爆距处峰值压力曲线

    Figure  2.  Peak overpressure of blast wave at 0.25 m

    图  3  不同网格密度模型0.25 m和0.40 m处峰值压力

    Figure  3.  Peak overpressure of different mesh density at 0.25 m and 0.40 m

    图  4  模型示意图(1/8)

    Figure  4.  Schematic diagram of the model (1/8)

    图  5  预制破片布置图

    Figure  5.  The arrangement of fragments

    图  6  超压峰值在7 m爆距时的冲击波压力云图(t=11 376.7μs)

    Figure  6.  The contours of peak overpressure of shock wave at 7 m (t=11 376.7μs)

    图  7  工况I-1冲击波压力云图

    Figure  7.  Pressure contours of the cases I-1

    图  8  工况I-3冲击波压力云图

    Figure  8.  Pressure contours of the cases I-3

    图  9  工况I-7冲击波压力云图

    Figure  9.  Pressure contours of the cases I-7

    图  10  0.3 m处超压峰值曲线

    Figure  10.  Peak overpressure of blast wave at 0.3 m

    图  11  0.4 m处超压峰值曲线

    Figure  11.  Peak overpressure of blast wave at 0.4 m

    图  12  0.5 m处超压峰值曲线

    Figure  12.  Peak overpressure of blast wave at 0.5 m

    图  13  0.3 m处比冲量

    Figure  13.  Data of specific impulse at 0.3 m

    图  14  破片速度随时间变化图

    Figure  14.  Velocity of the fragments

    图  15  破片速度衰减量

    Figure  15.  Decrement of velocity of the fragments

    图  16  破片分布图(t=100 μs)

    Figure  16.  The distribution of the fragments(t=100 μs)

    表  1  TNT炸药材料参数及状态方程参数

    Table  1.   The parameters of TNT materials and Equation of State(EOS)

    参数 数值
    A/GPa309
    B/GPa3.90
    R14.485
    R20.79
    ω0.30
    V01
    e0/(GJ·m-36.2
    ρ/(kg·m-3)1 590
    D/(m·s-1)6 880
    Pcj/GPa19.4
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    表  2  空气材料参数及状态方程参数

    Table  2.   The parameters of air materials and EOS

    参数数值
    C0/MPa-0.1
    C10
    C20
    C30
    C40.4
    C50.4
    C60
    V1
    e0/MPa0.25
    ρ/(kg·m-3)1.25
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    表  3  计算工况

    Table  3.   Computational conditions

    工况编号单枚破片边长a/mm破片厚度d/mm一端破片数量n
    I-0---
    I-13621
    I-21824
    I-31229
    I-49216
    I-57.2225
    I-66236
    I-74281
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    表  4  仿真计算结果与文献[17]实验的比较

    Table  4.   Comparison of the numerical and experimental

    距离/m 超压峰值数据
    实验测量/MPa数值模拟/MPa误差/%
    3.50.2570.2715.45
    5.00.1240.1358.87
    7.00.0990.094-5.05
    9.00.0510.05915.70
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    表  5  轴向中心线冲击波平均压力值

    Table  5.   Average pressure of the blast wave in axial direction

    工况时间/μs平均超压/MPa冲击波完全通过距爆心0.7 m测点所需时间/μs
    I-03400.857 7340
    I-12 0000.065 01 520
    I-22 0000.047 01 840
    I-32 0000.057 51 510
    I-42 0000.057 21 710
    I-52 0000.065 21 610
    I-62 0000.051 71 650
    I-72 0000.061 51 550
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-13
  • 网络出版日期:  2017-11-28
  • 刊出日期:  2017-12-08

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