水下钻孔爆破冲击波传播规律的数值模拟研究

水下钻孔爆破冲击波传播规律的数值模拟研究
谢兴博;钟明寿;宋歌;刘影;郭涛
【期刊名称】《矿山工程》
【年(卷),期】2015(003)004
【摘要】本文根据工程实践,对水下深孔台阶爆破中冲击波的传播规律进行了数值模拟,研究了水下爆破冲击波的传播特点。

结果表明:水下深孔爆破采用水介质作为炮孔填塞物能够起到填塞效果;采用中心起爆方式的水下爆破冲击波沿岩石与水介质交界面一定角度的方向上,压力峰值最大。

【总页数】9页(P207-215)
【作者】谢兴博;钟明寿;宋歌;刘影;郭涛
【作者单位】[1]解放军理工大学,野战工程学院,江苏南京;;[1]解放军理工大学,野战工程学院,江苏南京;;[1]解放军理工大学,野战工程学院,江苏南京;;[1]解放军理工大学,野战工程学院,江苏南京;;[1]解放军理工大学,野战工程学院,江苏南京
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.数值模拟研究分叉巷道中冲击波传播规律 [J], 覃彬;张奇;向聪;王登贵;李伟
2.水下钻孔爆破冲击波下桥墩的动态响应及防护分析 [J], LI Yuan;WU Li;PENG Yaxiong;ZHU Binbin;XIE Dajian
3.水下钻孔爆破水击波的传播规律及气泡帷幕对水击波的削减作用 [J], 刘天云; 龚书堂; 胡伟才; 仲鹰维; 吴立
4.水下钻孔爆破水中冲击波的数值模拟研究 [J], 高明涛;李昕;周晶
5.爆炸冲击波在建筑群中传播规律的数值模拟研究 [J], 王可强;苏经宇;王志涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水下爆炸数值模拟研究
为提高水下爆炸数值模拟的精度,本文探讨了边界条件、网格密度对近场条件下的水下爆炸计算结果产生的影响,分析了在有限的计算条件下进行水下爆炸三维计算的可行性,为本文的水下爆炸数值计算提供依据。

本文应用LS-DYNA有限元程序中的拉格朗日算法对假设的一维柱对称计算模型进行计算,模拟了水下爆炸的冲击波及气泡脉动过程,定性的研究了冲击波传播及气泡脉动的规律以及装药深度对水下爆炸冲击波、气泡脉动所产生的影响。

应用AUTODYN动力学软件中的欧拉算法对二维轴对称计算模型进行计算,模拟了小药量炸药的水下爆炸冲击波传播过程,得到了距离爆炸中心不同距离处的压力时程曲线、冲击波峰值压力、冲击波压力冲量以及冲击波能,并与经验值进行比较,结果符合较好。

通过二维计算,研究了两种起爆方式、两种装药形状、不同材料的炸药外壳及不同厚度的壳体对水下爆炸冲击波各参数所产生的影响。

水下爆破破冰爆炸冲击波传播规律数值分析曲艳东;刘万里;翟诚;李韧【摘要】利用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟研究水下爆破破冰过程中爆炸冲击波压力的作用特征和传播规律,对比分析在冰体覆盖的相对封闭条件和常规水下爆炸时水中压力变化的差异性.研究表明:爆炸冲击波产生的水压力以炸药为中心向四周传播,对冰面破碎起主要作用,被扰动冰体主要发生振动折裂.炸药周围近区压力初始峰值大体上相同,爆源远区相差较大,冰盖的存在减弱了爆破能量的耗散.对于相同集中药包,入水深度直接影响爆破破冰效果.和常规水下爆炸相比,在冰体覆盖的相对封闭条件下水中峰值压力较小,衰减速度较慢.%The characteristics and attenuation law of shock wave of underwater blasting are simulated by the dynamic analysis software ANSYS/LS-DYNA.A comparative analysis is also conducted to find the water pressure differences between the ice-covered conditions and conventional underwater blasting.The research shows that the water pressure produced by explosion shock wave spread from the center of explosive charge,which is the main reason of the ice broken.The disturbed ice is mainly fractured by the vibration.The initial peak is almost the same in the area near the explosive charge.The existence of the ice could weaken the dissipation of the blasting energy of explosive.For the same explosive charge,the different water depths directly affect the effect of ice pared with conventional underwater blasting,the peak pressure in water is smaller,which attenuates slower under the relatively closed ice-covered condition in the underwater blasting process.【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】5页(P100-104)【关键词】爆破破冰;爆炸冲击波;水压力;振动折裂【作者】曲艳东;刘万里;翟诚;李韧【作者单位】辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001;辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001;辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001;辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州 121001【正文语种】中文【中图分类】TV54+.5在我国很多区域都会出现冰凌现象。

不耦合系数对深水岩石钻孔爆破水中冲击波传播特性影响的数值模拟研究秦入平;顾文彬;王振雄;廖昆;陈学平;胡亚峰;董勤星【摘要】Based on the HJC constitutive model,the variable process of shock wave in water for deep water rock-drilling blasting was simulated by the numerical program ANSYS/LS-DYNA,and the influence of decoupling on propagation of shock wave in water was analyzed in the paper.The simulation results suggest that decoupling has significant effects on the peak pressure of shock wave in water and unit impulse.The attenuation characteristic of unit impulse with distance is different in different directions.Moreover,the decoupling has great influence on the value of unit impulse.%文章基于岩石材料的HJC本构模型,采用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟了深水岩石钻孔爆破水中冲击波的传播过程,分析了不耦合系数对不同方向上冲击波传播特性的影响.结果表明:不耦合系数对水中冲击波峰值压力和比冲量都有重要影响;在不同的方向上,比冲量随距离的衰减规律是不同的,其大小受不耦合系数也即装药量的影响较大.【期刊名称】《爆破器材》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】5页(P11-15)【关键词】不耦合系数;水中冲击波;深水岩石钻孔爆破;数值模拟【作者】秦入平;顾文彬;王振雄;廖昆;陈学平;胡亚峰;董勤星【作者单位】中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007;65426部队,黑龙江哈尔滨,150049;中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007;中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007;中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007;中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007;中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007;中国人民解放军理工大学,江苏南京,210007【正文语种】中文【中图分类】TD235.33引言爆破水中冲击波的试验与研究已有100多年的历史，过去主要从军事角度出发，探讨炸药在水下爆炸时的破坏效应。

水下爆炸冲击波的传播特性试验研究水下爆炸对构筑物的破坏主要表现为冲击波和气泡脉动效应。

一般而言,气泡脉动通常起附加破坏作用,而冲击波起决定性作用。

水下爆炸冲击波的传播规律及其动力效应是水利水电工程、航运工程和爆破工程等领域关注的一个重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。

本文以水下爆炸冲击波效应为研究契机,在有限的钢板水箱水域内开展了水冲击波试验研究。

首先,通过现场试爆及其现象分析,得出了药包布置原则；其次,利用高速摄影技术再现了水下爆炸冲击波波阵面的动态传播过程,并得出波阵面传播速度及其传播规律；根据水冲击波波阵面传播速度,得出不同距离处的峰值压力,并对水冲击波峰值压力、传播距离及药量关系进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波压力计算经验公式。

最后,选取水压爆破拆除工程实例,对试验结果进行验证,说明了药包布置原则的合理性、实用性。

主要得出以下结论：(1)利用高速摄影技术来观测水下爆炸冲击波的传播过程及测试其峰值压力是切实可行的；(2)试验条件一定,水下爆炸冲击波波阵面传播速度从零急剧上升到某一值,随后以波动形式迅速衰减,最终趋向于某一稳定值；(3)相同试验条件下,药量越大,水冲击波波阵面传播速度上升及衰减越快,且二次波峰值压力越大：(4)根据冲击波波阵面水动力学量之间的关系,得出水下爆炸冲击波波阵面传播速度所对应的峰值压力,并对其峰值压力、传播距离及药量进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波峰值压力计算经验公式,即当比例半径r/r0>5.649时,Pm=105.472(Q1/3/R)1.65；(5)在水压爆破工程中,对于开口式容器状构筑物,为提高炸药能量利用率,降低其能量损耗,则要求药包的入水深度h至少要大于容器内壁到爆心的距离R,即h>R；(6)药包布置位置要尽可能使冲击波波阵面同一时刻达到容器状构筑物侧壁,使容器状构筑物受力均匀为原则；(7)为减少自由水面卸载所造成的能量损失,条件适合时可在开口式容器状构筑物中注满水并对顶部做封闭措施。

水下爆炸过程及浅水效应数值模拟研究本文基于AUTODYN数值模拟软件,对水下爆炸过程及浅水爆炸效应进行了数值模拟研究。

首先探讨了冲击波模拟的影响因素,发现要同时获得较好精度的压力和冲量模拟结果需要设置较高的网格密度,而SHOCK状态方程在模拟中远场冲击波峰值方面优于多项式状态方程;和实验数据的对比结果证实了软件在一维冲击波模拟方面的精度;模拟了深水爆炸的气泡脉动现象,和文献的实验结果吻合较好,并将一维的计算结果映射至二维模型以进一步研究气泡脉动动态行为,发现由于气液边界不稳定因素(如Rayleigh-Taylor不稳定因素)的存在,使得气泡在收缩的过程中并不完全呈球状;利用上述模拟的结论,通过模拟浅水爆炸中自由面对冲击波的切断效应,得出了自由面对冲击波切断效应的某些规律,如规则反射稀疏波对峰值并无影响,只作用于冲击波衰减过程的后期阶段,而切断线的斜率大小代表了切断效应的大小:最后,对浅水爆炸气泡和水面的动态行为进行了模拟,初步探讨了不同药量在同一深度及同一药量在不同深度对气泡行为及水面效应形成的影响。

水下钻孔爆破水中冲击波的数值模拟研究
高明涛;李昕;周晶
【期刊名称】《水电能源科学》
【年(卷),期】2009(27)4
【摘要】运用ANSYS/LS-DYNA3D程序模拟了水下钻孔爆破产生的冲击波传播过程,得到了地震动水压力和冲击波的波形曲线及压力数据,分析了其特性及传播规律,并利用Cole经验公式拟合模拟了取得的数据。

结果表明,在与炮孔轴线夹角约45°范围内,地震动水压力与冲击波叠加使冲击波峰值压力随爆距增加单调减
小,Cole经验公式对水下钻孔爆破产生的地震动水压力和冲击波的传播规律均具有良好的适应性。

【总页数】5页(P138-141)
【关键词】水下钻孔爆破;冲击波;地震动水压力;数值模拟;LS-DYNA
【作者】高明涛;李昕;周晶
【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室
【正文语种】中文
【中图分类】TD235.4;TV542.5
【相关文献】
1.削弱水下钻孔爆破水中冲击波负面效应的试验研究 [J], 邵鲁中;龙源;孙远征;谢兴博
2.水下钻孔爆破水中冲击波有害效应对周围环境影响研究 [J], 代显华
3.不耦合系数对深水岩石钻孔爆破水中冲击波传播特性影响的数值模拟研究 [J], 秦入平;顾文彬;王振雄;廖昆;陈学平;胡亚峰;董勤星
4.水下钻孔爆破冲击波传播规律的数值模拟研究 [J], 谢兴博;钟明寿;宋歌;刘影;郭涛;;;;;
5.水下钻孔爆破水中冲击波对船舶的有害效应研究 [J], 王紫阳; 高攀; 何亚文; 邹永胜; 龚正春; 龚书堂
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水下爆炸远场冲击波的数值模拟摘要：本文结合文献调研资料，分析了水下爆炸数值模拟的各个方向的研究现状。

阐明了水下爆炸数值模拟的研究背景以及研究发展的重要性，并且阐明了远场冲击波模拟的目的和应用前景。

结合论文资料和各个模拟软件的帮助手册，比较了各个数值模拟软件的特点。

展示了作者在水下爆炸的远场冲击波模拟方面做的实践，并且写出了笔者的心得体会。

关键词：水下爆炸；数值模拟；远场冲击波；AUTODYN；ABAQUS；1.水下爆炸数值模拟的研究背景水下爆炸是水中兵器设计技术、破坏效应和水下爆破工程的基础问题，对水下爆炸进行的相关研究对于提高水中兵器威力、提高舰船生命力和战斗力、提高工程效率等有重要的意义。

由于水下爆炸属于非常复杂的流体动力学问题，因此相关的研究一直以实验研究为主。

但是实际水下爆炸以及结构相应的实验研究的成本和复杂程度非常高，并且随着计算机技术和数值模拟技术的发展，水下爆炸的数值模拟渐渐受到了大家的重视，数值模拟受环境条件的影响较小, 可以较容易地改变模拟试验条件, 比较、分析不同条件下的模拟结果, 调整参数组合进行计算。

水下爆炸的模拟主要在近场的爆炸能量输出、气泡脉动的过程、远场冲击波及其对结构的的破坏三个方向。

这篇论文主要讨论远场冲击波的数值模拟。

2.当前国内外的工作ALE法全称arbitrary Lagrange-Euler方法，是一种避免网格过大变形的数值计算方法。

它兼具Lagrange方法和Euler方法的特长，因此在水下远场冲击波的数值计算中得到了大量的运用。

张奇.张若京[1]的研究阐明了ALE法可以用于土质中的爆炸模拟。

A.R.Pishevar等人[2]的研究利用数值方法仿真了二维多物质可压缩流，证明了水下爆炸可以用ALE算法进行计算。

并且模拟了在刚性墙一侧不远处的爆炸，也模拟了气泡的成型过程。

Young S.Shin等人[4]利用拉格朗日-欧拉耦合算法（论文中使用ALE算法）对水下爆炸问题进行了模拟，主要考虑了水域中冲击波传播时峰值压力的变化以及一个钢壳体球在冲击波作用下的动态响应。

水下爆炸冲击波数值仿真精度研究敖启源 1, 卢　熹 1*, 姜智雅 2, 康珀阁 1(1. 沈阳理工大学 装备工程学院, 辽宁 沈阳, 110159; 2. 山西江阳化工有限公司, 山西 太原, 030041)摘 要: 在水下爆炸数值仿真研究中, 网格尺寸和一次项人工粘性系数对冲击波峰值压力计算结果有较大影响。

在预定计算精度条件下, 快速确定网格尺寸及人工粘性对数值计算意义重大。

为此, 文中基于LS-DYNA有限元软件, 建立78 g三硝基甲苯(TNT)二维水下爆炸数值计算模型, 重点分析网格尺寸和一次项粘性系数对水下爆炸冲击波峰值压力和整体计算误差的影响规律。

结果表明, 随着网格密度因子的增大, 计算峰值压力对网格的敏感性降低, 且网格密度较大时, 过小的一次项系数会导致计算峰值压力与经验公式值的相对误差增大。

在此基础上获得20%范围内误差与网格尺寸、粘性系数之间的关系, 并构建出可用于快速确定网格尺寸和一次项人工粘性系数的误差预估模型, 通过0.2 ~5 000 kg范围内的TNT柱形装药(长径比为1)和球形装药的水下爆炸计算, 验证了预估模型的普适性, 可为二维中近场范围内的水下爆炸冲击波数值仿真计算研究提供参考。

关键词: 水下爆炸; 数值仿真; 网格尺寸; 人工粘性系数; 误差预估模型中图分类号: TJ630.2; U674 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2024)01-0158-08DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0098Numerical Simulation Accuracy Study of UnderwaterExplosion Shock WavesAO Qiyuan1,　LU Xi1*,　JIANG Zhiya2,　KANG Poge1(1. School of Equipment Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China; 2. Shanxi Jiangyang Chemical Company, Taiyuan 030051, China)Abstract: In the numerical simulation study of the underwater explosion, the grid size and the artificial viscosity coefficient of the primary term have a large impact on the calculation results of the peak pressure of the shock wave. Under the condition of predetermined calculation accuracy, it is of great significance to quickly determine the grid size and artificial viscosity for numerical calculation. For this reason, based on LS-DYNA finite element software, a two-dimensional underwater explosion numerical calculation model of 78 g trinitrotoluene (TNT) was established to analyze the influence of the grid size and the viscosity coefficient of the primary term on the peak pressure of the underwater explosion shock wave and the overall calculation error. The results show that with the increase in the grid density factor, the sensitivity of calculated peak pressure to the grid decreases. When the grid density is larger, a small primary term coefficient will cause the relative error between the calculated peak pressure and the empirical formula value to increase. On this basis, the relationship among the error, grid size, and viscosity coefficient within 20% is obtained, and an error prediction model that can be used to quickly determine the grid size and the artificial viscosity coefficient of the primary term is constructed. Through the underwater explosion calculation of cylindrical TNT charge (aspect ratio of 1) and spherical TNTcharge in the range of 0.2–5 000 kg, the universality of the prediction model is verified, which can provide a reference for the numerical simulation of underwater explosion shock wave in the two-dimensional near-field range.收稿日期: 2023-08-18; 修回日期: 2023-09-10.作者简介: 敖启源(1999-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水下爆炸.* 通信作者简介: 卢　熹(1983-), 男, 博士, 副教授, 主要从事水下高效毁伤技术研究.第 32 卷第 1 期水下无人系统学报Vol.32 N o.1 2024 年 2 月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Feb. 2024[引用格式] 敖启源, 卢熹, 姜智雅, 等. 水下爆炸冲击波数值仿真精度研究[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(1): 158-165.Keywords: underwater explosion; numerical simulation; grid size; artificial viscosity coefficient; error prediction model0　引言水下武器作为舰船生命力的主要威胁之一, 其爆炸冲击波及气泡载荷会对舰船造成严重的局部和总体破坏[1]。

水下爆炸冲击波在含吸收层结构中的传播规律的数值模拟李顺波;东兆星;齐燕军;孙舒【摘要】利用ANSYS/LS-DYNA软件,对水下爆炸冲击波在含有吸收层的多层结构中的传播规律进行了数值模拟.结果表明:冲击波在吸收层中的衰减是由泡沫材料自身的本构引起的;在含泡沫材料吸收层的结构中峰值压力仅为不含吸收层的14%,冲击波传播波形发生改变;在含有泡沫混凝土的多层结构中应力波峰值的下降幅度比含泡沫铝的大,但冲击波传播波形的变化不是很明显;泡沫混凝土中的总能量大于泡沫铝中的总能量,因此泡沫混凝土作为防护吸收层要优于泡沫铝.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2009(023)005【总页数】7页(P360-366)【关键词】冲击波;吸收层;数值模拟;泡沫混凝土;泡沫铝【作者】李顺波;东兆星;齐燕军;孙舒【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221008;中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221008;中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221008;中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221008;中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州,221116【正文语种】中文【中图分类】O383.11 引言随着科学技术的发展，人们不断研制出各种新型武器，其破坏威力也越来越大，这对地下工程的防护提出了更高的要求。

因此，在地下工程的抗冲击防护结构的选型方面，为了充分发挥结构的弹塑性变形能力，并增加结构的承载能力，使结构体系在瞬时爆炸荷载下能够吸收更多的冲击能量，往往在两层结构中间夹一层刚度很小的弹塑性材料，即采用带软回填层的复合结构体系[1]。

这种结构的优点是：硬层能抗击近距离的爆炸波作用，发挥其强度和刚度效应；软层一般由多孔泡沫材料组成，波阻抗低，强度与刚度低,变形大，在吸收爆炸波能量的同时起到削波、改变波形及增加波的脉宽的作用[2]。