空气中爆炸能量分布的计算研究

摘要

优化爆破质量、有效合理地对爆炸能量进行利用，其关键在于控制爆炸能量的分配。因此，爆破工作者始终关心着如何能合理地利用爆炸能量的问题，这也是爆炸理论与应用研究中的一个永恒课题。但是因为岩石种类多，本构关系非常复杂，所以对其能量分布的研究工作难度很大。
　　本文主要基于EULER型有限差分方法的三维多物质流体弹塑性动力学计算程序MMIC-3D(Multi-Material in Cell for3D)，对较为简单的空中爆炸能量分布问题进行了模拟计算。在整个计算域中对每一时空网格节点的各能量项进行累加积分求和，追踪空中爆炸时能量的释放、转化及耗散的整个动态变化过程，定量出各时刻各类能量占炸药总能量的份额。本文的主要工作如下:
　　1.通过对国内外空气中爆炸理论相关研究的调研，选择数值模拟的方法对空气中爆炸问题进行研究，提出了本文研究工作的思路和方法。
　　2.阐述了三维Euler型计算爆炸程序所使用的流体力学基本方程组，说明了在程序中不同介质的状态方程，概括了三维计算爆炸程序使用的数值方法，叙述了模糊界面理论中输运方案及多物质界面处理方法。
　　3.对无限空气和无限挡墙存在时的空气中爆炸问题进行了计算机模拟，分析了球形装药时爆轰产物在空中的扩张规律以及有挡墙存在时空气冲击波的传播规律。对比了无限空气中爆炸模拟得到的冲击波超压峰值结果与通过经验公式得到的超压结果，两者吻合较好，同时发现增大网格量（加密网格）能够使计算结果更加精确。
　　4.对计算域中的空气和爆轰产物的能量按照内能、动能、压力势能分别计算输出，对不同介质的内能、动能、压力势能分别进行了分析，并对能量守恒关系进行了核算。对得到的结果出现能量不守恒的原因进行了分析，发现网格量的大小对数值模拟的结果精确度有较大影响，并且程序中本身采用的非守恒形式的差分格式，这也给能量的计算结果带来了一定的误差。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 空中爆炸国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本文主要工作

2 数学模型及计算方法

2．1 控制方程

2．1．1 守恒方程组

2．1．2 状态方程

2．2 计算域和方程组的离散

2．3 算子分裂算法

2．4 人工粘性

2．5 压力效应步

2．6 输运步

2．7 模糊界面方法

2．7．1 体积比计算

2．7．2 网格分类

2．7．3 输运量的计算

2．7．4 模糊输运表及输运方法

2．8 本章小结

3 空中爆炸算例

3．1 爆炸现象

3．2 无限空中爆炸数值模拟

3．2．1 计算模型

3．2．2 计算结果与分析

3．3 无限挡墙空中爆炸数值模拟

3．3．1 计算模型

3．3．2 计算结果与分析

3．4 本章小结

4 空中爆能量分布的计算

4．1 空中爆炸能量划分

4．2 爆炸能量的量化

4．2．1 能量大小的计算

4．2．2 计算模型

4．2．3 计算结果与分析

4．3 影响计算误差的因素

4．3．1 网格划分的影响

4．3．2 格式粘性的影响

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间的主要科研成果