组合药型罩水介质中成型的数值仿真
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目前,射孔完井是国内外各大油田公司最常用的完井方法,也是国内使用最广泛的完井方法[1]。
射孔完井所采用的聚能射孔技术是利用炸药爆炸所产生的高能将药型罩熔融并使其翻转形成高速射流,进而射穿套管和水泥环,最终进入油气藏,是目前为止石油开采所采用的主要技术[2]。
用来描述射孔孔眼形状的参数是穿孔深度和入口孔径[3]。
随着开采技术的不断进步,对射孔孔眼的要求是穿孔深度越深、入口孔径越大,效果越好;而在结构、药型罩配方和能量一定的情况下,二者是矛盾的统一体———穿孔深度的增加是以牺牲孔径为代价的[4]。
射孔弹的核心零件是药型罩,药型罩的配方和形状对孔眼形状和穿孔深度起决定性作用[5]。
能否找到一种配方使穿孔深度和入口孔径都有所提高是解决问题的关键。
本研究的目的是通过数值模拟技术对不同配方的药型罩所产生的效果进行对比,不断优化药型罩配方并使效果达到最佳。
1深穿透药型罩密度与孔眼形状关系仿真1.1模型建立射孔弹数值仿真系统采用多物质Euler 网格来模拟炸药的爆轰、药型罩的压垮及射流的形成等过程,采用多物质作用方法,并考虑装药爆轰和射流与靶板碰撞产生的高温对材料屈服强度的影响,来计算炸药与外壳体相互作用,射流侵彻钢靶或套管、混凝土等过程。
在ANSYS 大型运算软件中,LS-DYNA 是其中一种显示动力学分析软件。
药型罩、钢靶采用*mat_elastic_plastic_hydro 材料模型和Gruneisen 状态方程;炸药采用*mat_high_explosive_burn 材料模型和JWL 状态方程;射孔弹壳体采用*mat_plas-tic_kinematic 材料模型和多项式状态方程;空气采用ALE 算法。
利用数值模拟模型的建立方法,可以生成二维CAD 模型,然后进行分析模型、边界条件、材料性能等的建立,并修改待优化的几何参数和材料参数。
由于药型罩的厚度在2mm 左右,而射流的侵彻深度一般为200~1000mm ,这决定了计算所需网格的数量在几十万甚至数百万以上,相应的计算时间步长与网格大小成正比,在10-9~10-8s 左右。
火工品INITIATORS & PYROTECHNICS文章编号:1003-1480(2017)03-0014-04铜铝复合药型罩厚度比的数值模拟研究曹 杰1,王 猛1,胡坤伦1,汪 齐1,何 文2(1.安徽理工大学弹药工程与爆炸技术系,安徽淮南,232001; 2.江西理工大学资源与环境工程学院固体力学系,江西赣州,341000)摘 要:研究了材料廉价易得、制作工艺简单的铜铝双层复合药型罩,通过波阻抗匹配理论确定了铝铜厚度比值下限为1.33。
利用AUTODYN软件对不同结构药型罩进行计算机模拟试验,发现铜铝厚度比为1∶1.5时铜铝双层复合药型罩射流性能最优,相比单层铜药型罩,射流头部速度提高了14.75%,0.05ms时射流长度提高了19.45%。
本研究可以为工程应用提供参考。
关键词:复合药型罩;聚能装药;结构;射流;数值模拟中图分类号:TJ410.3+33 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-1480.2017.03.004Numerical Simulation on Thickness Ratio of Cu-Al Composite Charge LinerCAO Jie1,WANG Meng1,HU Kun-lun1,WANG Qi1,HE Wen2(1.Ammunition Engineering and Explosion Technology Department, Anhui University of Science and Technology, Huainan, 232001; 2.School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou, 341000)Abstract:This paper studied the Cu-Al composite charge liner, which has the advantages of material availability and simple technology. According to wave impedance matching theory, the thickness ratio lower limit of aluminum and copper was determined by 1.33. By use of AUTODYN, the jet of different structure of liner was simulated. The simulation results indicated that the jet with Al/Cu thickness ratio of 1.5 has the best performance. Compared to copper liner, the head velocity of jet was improved 14.75%, the jet length was prolonged 19.45% at 0.05ms. This study can provide a reference for engineering application.Key words:Composite charge liner;Shaped charge;Structure;Jet;Numerical simulation药型罩是聚能装药的核心部分,其材料选择对生成的射流性能影响显著[1]。
一种喇叭-锥角结合药型罩形成射流的数值模拟阮光光;雷伟;岳继伟;柴艳军【摘要】为了提高锥角药型罩装药结构的侵彻能力,通过改变其顶部锥角为喇叭形研发了一种新型喇叭-锥角结合药型罩.采用模拟软件ANSYS/LS-DYNA对喇叭-锥角结合药型罩、平顶药型罩、锥角药型罩在爆轰波作用下射流的形成以及对45号钢板的侵彻过程进行数值模拟,并对3种药型罩形成的射流参数如头部速度、射流断裂时间等以及对45号钢板的侵彻性能进行了对比.结果表明,在装药口径为80 mm、装药高度为100 mm的圆柱和圆锥结合型装药结构的条件下,喇叭-锥角结合药型罩形成的射流头部速度为7 690 m/s,比锥角药型罩形成的射流提高约9.54%,对45号钢板的侵彻深度提高约19.82%;比平顶药型罩形成的射流头部速度提高约6.36%,对45号钢板的侵彻深度提高约12.25%.%To improve the penetration ability of cone angle liner,a new type horn-cone angle combining liner was developed by changing the top struture of the cone angle to horn-shaped.The numerical simulation of jet formation under the detonation wave for horn-cone angle combining liner,flat-top liner,cone angle liner and the penetration process to No.45 steel plate were performed by using the simulation software of ANSYS/LS DYNA,and the comparison of three kinds of liners forming jet parameters,such as head velocity,jet breakup time and so on,and the penetration ability to No.45 steel plate was carried out.The results show that under the charging conditions of cylindrical and conical charging structures with charging diameter of 80mm and charging height of 100mm,the head speed of jet formed by horn-cone angle combining liner is 7 690 m/s,which increases by about 9.84 % and thepenetration deep to No.45 steel plate increases by about 19.82 %compared with the jet formed by cone angle pared with the jet formed by flat-top liner,its head speed of jet increases by about 6.36 %and the penetration deep to No.45 steel increases by about 12.25%.【期刊名称】《火炸药学报》【年(卷),期】2018(041)001【总页数】5页(P93-96,106)【关键词】爆炸力学;喇叭-锥角结合药型罩;射流;数值模拟;破甲战斗部;侵彻【作者】阮光光;雷伟;岳继伟;柴艳军【作者单位】中北大学环境与安全工程学院,山西太原030051;中北大学环境与安全工程学院,山西太原030051;武汉高德红外股份有限公司,湖北武汉430205;安徽方圆机电股份有限公司,安徽蚌阜233010【正文语种】中文【中图分类】TJ55;O358引言21世纪以来,新型爆炸反应装甲得到快速发展,各种新概念装甲如电磁装甲、主动防御系统等也陆续得到应用,破甲战斗部也朝着大威力、多用途的方向发展[1-2]。