您现在的位置: 首页 > 网站导航收录 > 百科知识百科知识
比内能 比内能公式
缩尺,原型,模型比内能 比内能公式
发布时间:2016-12-08加入收藏来源:互联网点击:
TNT炸药采用High_Explosive_Burn材料模型及JWL状态方程描述。
图11/4计算模型
式中:p为爆轰产物压力;A、B、R1、R2和ω为表征炸药爆轰特征的常数;E0为初始比内能;为相对比容。TNT炸药材料参数如表4所示。
表4TNT炸药材料参数
混凝土采用TCK模型,其主要特点是把动态脆破裂过程看作拉伸损伤的累积,材料的压缩响应看作理想弹塑。通过用户自定义模型材料接口将TCK模型嵌入LS-DYNA中,混凝土材料模型参数如表5所示。表5中:Ef为杨氏模量,Yf为屈服强度,ν为泊松比,kic为材料断裂韧,k为材料常数,Fs为拉伸失效应变,Fd为压缩失效应变。
表5混凝土材料参数
碎石层采用流体弹塑模型和Gruneisen状态方程,其中ρm=2.2g/cm3,Ym=8MPa.压实土层采用带失效的土壤与泡沫材料模型,具体参数见文献[13]。
2.2装药深度对相似影响分析
本节建立原型(缩尺比例为1)和缩尺比例为1/2的缩比模型内爆炸毁伤计算模型,分析不同装药深度下原型与缩比模型毁伤效应参量(弹坑口部半径、有效毁伤半径、最大爆腔半径和弹坑深度)的相似。其中原型装药量为3kgTNT,装药深度分别为40cm、60cm和90cm,靶板尺寸如2.1节所示。缩比模型的长度尺寸减小一半,即面层和碎石层为20cm,压实土层为60cm,装药量为0.375kg,装药深度分别为20cm、30cm和45cm,所有材料模型及参数保持不变。
2.2.1毁伤形态对比
3种装药深度下的原型和缩比模型毁伤效果如图2所示,其中原型为40ms时的毁伤效果,缩比模型为20ms时的毁伤效果,此时毁伤形态基本形成。由图2对比可知:不同装药深度下原型和缩比模型的毁伤特较为一致,原型和缩比模型的面层混凝土均出现了破碎和裂纹,碎石层和压实土层形成的爆腔形态相同,由于土壤强度较低,压实土层的空腔较碎石层大。在装药深度H分别为40、60cm时,原型和缩比模型的面层出现径向裂纹,裂纹的走向和条数较为一致。由此可以看出,不同装药深度下原型和缩比模型的毁伤形态具有相似。
2.2.2毁伤过程对比
以原型装药深度60cm为例,对比原型和缩比模型毁伤过程中介质运动的相似。原型选取混凝土面层表面距圆心分别为50cm、100cm和150cm的3个节点,缩比模型距圆心为25cm、50cm和75cm3个节点,分别对比不同位置处的竖直方向节点速度和位移。图3和图4分别为节点位移和节点速度时程曲线,由于位移和速度均与时间有关,为了方便比较相似,将缩比模型的位移和速度曲线化为原型时间体系下的时程曲线。从图3中可以看出,原型和缩比模型相似位置处的节点位移较为一致,不同位置处的节点位移满足相似模型中的yp/ym=2的相似关系。从图4中可以看出,不同位置处原型和缩比模型的节点速度时程曲线趋势相同,只是距离炸药较近的节点在末端速度差别较大,原因是距离炸药较近时,由于冲击波作用,会产生层裂和抛掷现象,造成节点速度有所差别,但两个体系下的速度近似满足vp/vm=1的相似关系。因此原型和缩比模型的毁伤过程满足相似。
图2原型和缩比模型的毁伤效果
图3节点位移时程曲线
图4节点速度时程曲线
2.2.3毁伤效应参量的对比
多层混凝土介质的毁伤包括炸坑、爆腔、裂纹及隆起,由于毁伤效果的复杂,难以精确判断毁伤半径。本文的有效毁伤半径是指面层混凝土严重毁坏区域(包括炸坑和环向裂纹内部的隆起,没有考虑径向裂纹的影响)半径,不同装药深度下原型和缩比模型的弹坑口部半径Rc、有效毁伤半径Reff、最大爆腔半径Rmax和弹坑深度H(两次测量平均值)如表6所示,原型装药深度为90cm时,没有形成漏斗坑,由于计算模型的压实土层厚度不够,无法测量弹坑深度。从表6中可以看出,原型和缩比模型的弹坑口部半径、有效毁伤半径和弹坑深度的相似比差别不大,均在1∶0.48到1∶0.52之间,而不同炸点深度下的爆腔相似比差别较大,主要原因是网格数量较少引起的介质流动界面的误差。由此可见原型和缩比模型的毁伤效应参量满足2∶1的几何相似。
表6不同装药深度下的毁伤效应参量
2.3缩尺比例对相似影响分析
分别进行缩尺比例为1、1/2、1/4和1/6的缩比模型内爆炸毁伤仿真,分析不同缩尺比例下的内爆炸毁伤效应参量是否满足相似规律。装药量分别为3kg、375g、46.88g和13.89g(原型的1/λ3),装药深度分别为60cm、30cm、15cm和10cm,靶板尺寸按缩尺比例缩小,材料模型和参数不变。其中缩尺比例λ=1和λ=1/2的毁伤效果如图2(b)和图2(e)所示,缩尺比例λ=1/4和λ=1/6的毁伤效果如图5所示,不同缩尺比例下的毁伤效应参量如表7所示。
图6为不同缩尺比例下的毁伤效应参量归一化(除以缩尺比例)后与原型毁伤参量相似对比。
从图5中可以看出,原型和缩尺比例为1/2的模型裂纹扩展及毁伤区形态相似,进一步增大缩尺比例时,毁伤区形态差异逐渐增大,表面无径向扩展裂纹。从表7和图6可以看出,原型与不同缩尺比例的缩比模型归一化后弹坑口部半径比为1∶0.98∶0.96∶0.72,有效毁伤半径比为1∶0.98∶0.96∶1.08,最大爆腔半径比为1∶1.06∶1.12∶1.2,弹坑深度比为1∶1.02∶1.01∶1.05.随着缩尺比例的增加,毁伤效应参量与原型的偏差逐渐增大,相似呈减小趋势,λ=1/6时的缩比模型归一化后与原型的毁伤参量相对误差最大为28%.这是因为:1)缩尺比例逐渐变小时,毁伤效应参量的取值偏差逐渐增大;2)多层混凝土介质内爆炸毁伤存在层裂、崩落和层间相互作用等面效应[6],从能量角度来看,当缩尺比例逐渐减小时,用于面效应的能量占总能量的比例逐渐增加,对相似的破坏越严重;3)原型和缩比模型的靶板材料和强度相同,导致断裂韧相同,不符合相似律,因此缩比模型对靶板的断裂抗力比原型大。由此可见,多层混凝土介质内爆炸缩比模型试验的缩尺比例不宜过小,一般不能小于1/4.
图5毁伤效果图
表7不同缩尺比例下的毁伤参量
图6缩尺比例对毁伤效应参量的影响
3、内爆相似试验验证
由于数值模拟中将混凝土视为均质材料,没有考虑混凝土中骨料对相似律的影响,仿真也无法验证含铝炸药在多层混凝土介质内爆炸相似,因此构建原型和缩尺比例为1/2的缩比模型,分别采用TNT和海萨尔(RDX/Al/binder)炸药进行内爆炸相似验证试验。
3.1试验概况
原型靶为边长5m的正方形,由40cm厚混凝土层、40cm厚碎石层和半无限厚压实土壤层组成,缩比模型尺寸根据原型按缩尺比例λ=1/2进行缩比,如图7所示,各块靶标间由1cm厚木板隔开,靶标中间预留装药孔。装药分别为TNT和海萨尔,原型装药量为3kg,其中TNT装药深度为53cm,海萨尔装药深度为51cm.缩比模型装药量为375g,装药深度按缩尺比例缩比,炸药装填及起爆方式如图8所示。
图7试验靶标
图8装药装填方式
3.2鼓包隆起过程相似分析
以海萨尔炸药爆炸毁伤原型和缩比模型为例,两个体系相似时间处的鼓包隆起过程如图9所示。从图9中可以看出,由于铝粉燃烧,在缩比模型中可以看到火光从炮孔中喷出,原型和缩比模型的鼓包隆起过程相似,均先产生径向裂纹,后产生环向裂纹,在爆生气体作用下,径向裂纹和环向裂纹逐渐扩展变宽,最后形成梯形混凝土碎块。
下一篇:返回列表
相关链接 |
||
网友回复(共有 0 条回复) |