含铝炸药在密实介质中爆炸响应的FE-SPH耦合算法模拟研究

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爆炸效应在工程技术中有广泛的应用，如爆破拆除、爆炸成型、爆炸焊接、破岩和破冰等。爆炸问题涉及到高温、高压、强冲击以及大变形等问题，爆炸荷载作用下的材料往往容易发生大变形、破碎和飞溅等现象。鉴于实验研究耗费高、周期长和测取参量有限，为了弥补实验的不足以及在炸药制备前开展大量的规律性研究，数值模拟成为炸药研究过程中的重要手段之一。目前，针对含铝炸药已开展的数值模拟研究主要是以传统的基于网格的数值方法为主，但有限元法对于大变形问题往往会产生单元畸变，其求解精度和效率都会明显降低。光滑粒子法对大变形问题具有很强的求解能力，能够有效再现材料的破碎和飞溅等复杂物理现象，但在计算效率和边界条件的处理方面不如有限元法。耦合有限元法与光滑粒子法，可以充分利用两者的优势，为大变形问题的模拟提供有效途径。
　　首先，本文应用轴对称 FE-SPH自适应耦合算法对含铝炸药在混凝土介质中的爆炸响应过程进行模拟研究。含铝炸药的爆炸过程采用JWL状态方程结合Miller反应速率方程来描述，同时采用接触处理算法避免爆炸响应后转化的SPH粒子点间形成非物理穿透，并对不同含铝量炸药在不同埋深下的爆炸响应过程进行了数值模拟。结果表明，轴对称 FE-SPH自适应耦合算法能够稳定再现含铝炸药在混凝土介质中的爆炸响应过程，响应的特征参量也与试验数据相吻合，可以为含铝炸药在混凝土介质中爆炸问题的数值模拟研究提供新的有效途径。
　　其次，由于国内外对含铝炸药在混凝土复合介质中的爆炸毁伤效应研究相对较少。因此，本文将应用三维 FE-SPH自适应耦合算法模拟研究含铝炸药在混凝土复合介质中的爆炸毁伤规律，并与实验数据进行比较，验证数值分析模型的有效性。在此基础上研究含铝炸药在爆轰过程中的压力特性以及铝粉含量和炸药埋深等因素对爆炸毁伤规律的影响。研究结果表明，在药量一定的条件下，混凝土复合介质毁伤效应受炸药铝粉含量、炸药埋深的影响较大。
　　文章最后采用概率模型来描述混凝土材料中的不确定性参数，结合代理模型技术，以毁伤半径为目标，对含铝炸药在混凝土中爆炸问题数值模型进行确认。以目标响应数值计算结果和试验结果的累计概率分布函数之间的面积作为不确定性的量化标准，量化该数值模型和物理试验结果的误差，并运用确认指标评估误差，验证包含不确定性参数的混凝土中爆炸问题数值模型的有效性。为考虑材料参数不确定性的数值模型确认问题提供了新的思路。

著录项

作者
郑建民;
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作者单位

湖南大学;

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授予单位湖南大学;
学科力学
授予学位硕士
导师姓名杨刚;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类爆炸波与物体的相互作用;
关键词
含铝炸药; 密实介质; FE-SPH耦合方法; 爆炸响应; 数值模拟;

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