摘要：将精确制导武器和深穿透武器尽可能地用于洞穴内爆，快速补给能力储存了生存能力和库存，面临严峻挑战。本文以某后方弹药仓库为原型，建立了有限元模型，用有限差分程序AUTODYN，Euler-FCT和流固耦合方法，损伤特征弹药库爆炸的数值模拟。炸药冲击波在弹药洞库中的传播特性分析、损伤特征及峰值压力空腔结构和弹药库。在弹药库的损伤评估和保护数值模拟的结果被打下坚实的基础。
关键词：弹药洞库；爆炸冲击波；数值模拟
1前言
现代高技术战争中，弹药库是打击敌人的主要军事目标之一。将精确制导武器和深穿透武器尽可能地用于洞穴内爆，快速补给能力储存了生存能力和库存，面临严峻挑战。与地面环境相比，弹药库内部环境是一个相对封闭的系统，具有明显的“封闭”效应。影响因素与环境内爆是不同的，有其特殊性，导致破坏环境的内部设施比较复杂。针对这一问题，它的理论研究非常困难，因为许多学科交叉。实验研究的成本是巨大的，耗时。随着计算机和CFD理论的发展，数值模拟在这一领域发挥着越来越重要的作用。
数值模拟方法克服了实验设备和实验条件的限制，更直观地描述了隧道内爆的损伤特征。利用自行设计的隧道爆炸效应计算程序对美军工程兵航道试验站洞室的不同特点进行了研究，与试验结果吻合较好。杨可志利用三维数值模拟程序，总结了空气冲击波沿隧道方向的传播规律。本文采用AUTODYN数值计算程序，对弹药洞库内爆情况下结构的毁伤以及内爆冲击波流场进行了数值模拟，为弹药洞库的内爆毁伤评估及其防护奠定基础。
2数值计算模型
计算结果表明，爆炸冲击波峰值压力与单元尺寸有关，网格生成对模拟结果有较大影响。因此，单位的大小必须控制。如果整个洞穴直接在网格，网格的数量是惊人的，无法计算后。因此，该模型必须简化。首先，没有洞穴的造型，但是选择的爆炸点附近一个山洞模型，一般来说，只要从最近的弹药堆爆炸的有效保护而不爆，然后从弹药；距离爆炸不会栈殉爆；第二，洞室的对称处理的选择，将与弹药库平均弹药储存道路检查工作，这对整个洞室在建模只有一半。这对计算结果影响较小，大大降低了单位数。
3数值方法与材料模型
3.1数值方法
计算使用显式非线性有限元程序AUTODYN进行。对广泛应用于弹道、弹头设计、装甲、爆轰、水下爆炸等问题的软件进行了分析和研究。与其他方案相比，AUTODYN集成多种有限元，计算流体动力学和流体的编码技术，并已在爆炸伤害数值计算更高的鲁棒性和准确性。该程序有一个广泛的分析功能强大，可以模拟物理特性的二维和三维结构非线性动力分析、热分析、失效分析、裂纹扩展分析、接触分析、静态分析、流体场分析，任意Lagrange Euler（ALE）分析，流体结构相互作用分析。
本研究主要采用拉格朗日法和多物质流固耦合数值计算方法。拉格朗日的方法被用来描述爆炸材料与材料的相互作用，如土壤孔，弹头设计分析。该算法的优点是有一个清晰的物理接口。通过接触来实现定义的爆炸与结构之间的相互作用，一般采用滑动接触的接触关系。处理该方法的不足是：爆炸单元在爆炸过程中会产生严重的变形，有时影响到溶液的处理过程。采用流固耦合的方法来描述爆炸、爆炸物等流体材料的欧拉算法，另一种结构采用拉格朗日算法，然后通过流固耦合的方式来处理相互作用。这种方法的优点是：爆炸材料和流体在欧拉单元中的流动，没有变形单元，以及处理流固耦合作用的方法，可以方便地建立爆炸模型。
3.2材料模型
数值模拟中使用的主要材料是TNT炸药和空气。
3.2.1炸药
炸药爆轰产物JWL状态方程。JWL状态方程是描述在下面的公式：
上式中：P是爆轰压力，V是相对量，E是单位体积内的能量，是ω，A，B，R1，R2是3.73770E+08kPa，3.74710E+06kPa，分别为4.15和0.9，为材料常数。多项式的第一项在高压区起着重要作用；第二项在中压剖面中起主要作用；第三表示低压区。
3.2.2空气
空气被简化为无粘性的理想气体，和冲击波的扩张被认为是一个绝热过程。理想气体状态方程的应用如下式所示：
上面的表达式中γ=1.4，是气体的比热，P=1.225E-03，是气体的密度气，E是单位内部的能量，即单位质量。
4计算结果分析
4.1冲击波的传播过程
图1是一个不同的时间后爆炸冲击波矢量传播和洞室结构的应力分布图。从图中可以看出，在t=0.10毫秒波到达地面的洞穴是最迅速的；然后，爆炸产生的冲击波和地面的洞穴与洞穴地面的破坏效果，同时，和反射波在T=1.70毫秒产生；MS冲击波到达洞室边墙拱墙的位置，同时其功能，对隧道边墙和拱壁损伤反射波，反射波和入射波叠加在双方迅速蔓延；在T=7.31毫秒，对弹药的桩端位置的冲击波的传播，因为弹药堆栈，冲击波的传播过程中，突然缩小在形成稳定的这段时间，在弹药垛面非流通，波压力升高发生在弹药堆栈和围岩突变影响突变后的冲击波继续传播权；在T=8.9毫秒，在弹药堆冲击波与孔壁间隙蔓延到储存的弹药堆的右端，然后在排土场发生的空气段，弹药堆结束后产生了相对低压区，冲击波产生的绕射波上的衍射和击中地面，和反射波的产生，然后反射波与入射波的传播权由地面反射造成的。
图1冲击波传播过程中典型时刻
5结论
本文采用数值计算的方法，对爆炸冲击波、冲击波超压特性、储存结构和弹药堆损伤情况下弹药库内爆炸扩散进行了主要分析。通过数值计算，我们可以得出一个结论：
（1）洞穴中的冲击波，在冲击波弹栈的前端，在传播过程中部分14，冲击波反射和循环发生，冲击波超压突变增加；最后的弹药，桩的冲击波扩大后，冲击波的衍射，冲击波超压发生突变减小。
（2）冲击波的横截面后，峰值压力突然增大，然后随传播距离。其横截面突然扩大后，冲击波的峰值压力突然下降，然后再随传播距离衰减。
（3）进攻性武器钻入弹药库爆炸，在结构和弹药的洞桩毁损严重，洞口会崩溃，库存弹药将发生殉爆，必须升级的洞穴内的保护，防止弹药库爆炸的人殉爆造成严重后果的情况下。
参考文献：
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论文作者:余健,周鹏,陈建宁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/21
标签：冲击波论文; 弹药论文; 数值论文; 弹药库论文; 洞穴论文; 结构论文; 反射论文; 《基层建设》2017年第34期论文;