基于多物質ALE算法的TNT炸藥爆炸數值模擬分析

蔡曉虹

摘 要：基于ANSYS/LS-DYNA動力非線性有限元程序，利用任意拉格朗日-歐拉（ALE）方法，以及多物質流固耦合方法對土壤爆炸荷載作用下進行了數值模擬研究，最終得出以下結論：TNT炸藥爆炸后，形成球形沖擊波陣面，并向外擴散，沖擊波壓強逐漸降低。由下至上土壤各點的速度是逐漸增加的。

關鍵詞：多物質ALE算法；ANSYS/LS-DYNA程序；TNT炸藥；數值模擬；

Abstract： Based on the ANSYS/LS-DYNA dynamic nonlinear finite element program， using arbitrary Lagrange Euler （ ALE ） method，As well as the substance of fluid-solid coupling method on soil under explosive loading are studied by numerical simulation， reached the following conclusions： TNT after the explosion， the formation of spherical shock front， and spread outwards， shock wave pressure is reduced gradually. From the bottom of the soil at various points in the speed is gradually increased.

Key words： multiple substance ALE algorithm； ANSYS/LS-DYNA； TNT explosive； numerical simulation；

1.引言

爆炸是能量短期內急劇釋放的過程，具有短時高速高壓的特點，在礦山爆破、金屬爆炸成型、水下爆破排淤等軍事與民用領域有著極為廣泛的應用，研究結構在爆炸荷載作用下的動力響應，對于我國防護工程、爆破工程的發展具有十分重要的意義[1]。然而爆炸動力學過程十分復雜，很難進行解析分析，常采用數值模擬分析及模型實驗法。

爆炸過程的數值模擬方法有很多種方式，最簡單的方式是將爆炸荷載簡化為隨時間變化的節點力施加到結構上。更精確的模擬方法是利用JWL狀態方程描述爆炸過程中壓力與體積的關系[2]。對于接觸爆炸問題，若采用Lagrange算法描述，可以采用公用節點的方式將炸藥單元和結構單元聯系起來；也可以在炸藥單元和結構單元之間定義接觸來考慮其相互作用，然而，由于炸藥單元爆炸過程中產生嚴重畸變，不僅需要進行網格重構，而且還嚴重地影響數值解的精度，很容易因為步長過小而中斷或誤差過大而失真。近些年發展起來ALE方法以及多物質流固耦合方法也可以用來模……