Расчет процесса функционирования кумулятивного заряда
В работе на примере моделирования процесса взаимодействия с преградами кумулятивных зарядов, имеющих конические и полусферические формы облицовок, показана возможность решения задач кумуляции с использованием программы LS-DYNA версии 960.
Рис. 1. Геометрические модели:
а - кумулятивного заряда и преграды; б - кумулятивных зарядов
Целью моделирования являлось определение ки-нематических характеристик, напряженно-деформированного состояния кумулятивной струи, песта и преграды, а также оценка правильности функ-ционирования кумулятивных зарядов, имеющих раз-личные формы облицовок.
Первым этапом работы являлось моделирование процесса образования кумулятивной струи, вторым - моделирование процесса взаимодействия кумулятив-ной струи или поражающего элемента с преградой.
Задача решалась в плоской постановке, соответст-вующей условиям плоской деформации, осесиммет-ричной и трехмерной постановке, учитывающей сим-метрию конструкции относительно плоскостей.
При решении задачи использовались следующие методы:
- Multimaterial Eulerian Hydrodynamics (MEH);
- Smooth Particle Hydrodynamics (SPH).
Задача решалась в упрощенной постановке.
Считалось, что в начальный момент времени все части системы находятся в ненапряженном состоянии, начальная скорость всех частей системы равна нулю.
Рис. 2. Конечно-элементные модели кумулятивных зарядов
Рассматривались кумулятивные заряды с коническими и полусферическими кумулятивными облицовками.
Геометрические модели кумулятивных зарядов и преград показаны на рис. 1.
Облицовки были изготовлены из меди марки М1, заряды - из THT.
Для описания поведения меди была использована модель Джонсона-Кука (15-я модель материала в LS-DYNA) и уравнение состояния Грюнайзена (4-я форма уравнения состояния), для описания поведения взрывчатого вещества - 9-я модель материала и уравнение состояния Джонса-Уилкинса-Ли-Бакера (JWLB) -14-я форма уравнения состояния.
Рис. 3. Распределение давления в детонационной волне в различные моменты времени:
(слева направо) а - t = 1.6 мкс; б - t = 2.8 мкс; в - t = 4.0 мс; г - t = 5.2 мкс; д - t = 6.4 мкс; е - t = 7.6 мкс
Рис. 4. Распределение плотности в расчетной области в различные моменты времени:
(слева направо) а - t = 4.4 мкс; б - t = 8.4 мкс; в - t = 20.4 мс; г - t = 28.4 мкс; д - t = 36.4 мкс
Рис. 5. Распределение плотности в расчетной области в различные моменты времени:
(слева направо) а - t = 4.4 мкс; б - t = 8.4 мкс; в - t = 20.4 мс; г - t = 28.4 мкс; д - t = 36.4 мкс
Рис. 6. Распределение плотности в расчетной области в различные моменты времени:
а - t = 5.0 мкс; б - t = 20.0 мкс; в - t = 35.0 мс; г - t = 50.0 мкс; д - t = 65.0 мкс; е - t = 80.0 мкс
На рис. 4 ... 6 показано распре-деление плотности материалов в расчетной области в различные моменты времени (в г/см3).
На рис. 4 показан процесс обра-зования кумулятивной струи в ку-мулятивном заряде с конической облицовкой, на рис. 5 - с полусфе-рической, на рис. 6 - взаимодейст-вия кумулятивной струи с преградой.
Обращает на себя внимание дос-таточно реалистичное отражение как классической (рис. 4), так и «обратной» кумуляции (рис. 5), а также растяжения и фрагментации струи в свободном полете.
На рис. 7 ... 12 показаны распре-деления частиц заряда взрывчато-го вещества (ВВ) и облицовки ку-мулятивных зарядах двух конст-рукций в различные моменты вре-мени.
Рис. 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 соот-ветствуют одной конструкции куму-лятивного заряда.
Рисунок 7.
Рис. 8. Распределение частиц конической облицовки в различные моменты времени:
а - t = 8.0 мкс; б - t = 10.0 мкс; в - t = 12.0 мс; г - t = 14.0 мкс; д - t = 16.0 мкс; е - t = 18.0 мкс
Рис. 9. Распределение частиц ВВ и полусферической облицовки в различные моменты времени:
а - t = 0.0 мкс; б - t = 2.0 мкс; в - t = 4.0 мс; г - t = 8.0 мкс; д - t = 12.0 мкс; е - t = 20.0 мкс
Рис. 10. Распределение частиц полусферической облицовки в различные моменты времени:
а - t = 8.0 мкс; б - t = 15.0 мкс; в - t = 22.0 мс; г - t = 29.0 мкс; д - t = 36.0 мкс; е - t = 43.0 мкс
Рис. 11. Распределение частиц ВВ и полусферической облицовки в различные моменты времени:
а - t = 0.0 мкс; б - t = 2.0 мкс; в - t = 4.0 мс; г - t = 8.0 мкс; д - t = 12.0 мкс; е - t = 20.0 мкс
Рис. 12. Распределение частиц полусферической облицовки в различные моменты времени:
а - t = 8.0 мкс; б - t = 10.0 мкс; в - t = 12.0 мс; г - t = 14.0 мкс; д - t = 16.0 мкс; е - t = 18.0 мкс
Распределения частиц ВВ и конической облицовки в различные моменты времени показаны на рис. 7 и 8.
Различие в кинетике распространения детонационной волны обусловлено различным способом инициирования детонации.
В первом случае (см. рис. 4 ... 6) была задана точка инициирования детонации - центральная точка на верхней поверхности заряда, во втором (см. рис. 7 ... 12) - инициирование процесса осуществлялось за счет мгновенной детонации дополнительного заряда, расположенного на верхней поверхности заряда (детонатора).
Распределения частиц ВВ и полусферической облицовки в различные моменты времени показаны на рис. 9 ... 12.
Сопоставление рис. 9 ... 12 с рис. 5 свидетельствует о несколько лучшем согласовании результатов моделиро-вания, чем в случае сопоставления результатов показанных на рис. 7 ... 8 и рис. 4 и 5.
Следует заметить, что LS-DYNA версии 970 предоставляет более широкие возможности по решению задач кумуляции.
Главными из этих возможностей являются:
- решение задач в ALE-постановках на кластерах;
- использование при решении задач до десяти ALE-групп;
- использование в SPH-постановках наиболее распространенных моделей материалов и уравнений состояния;
- использования Element Free Galerkin method (EFG-метод или бессеточный метод);
- совместное использование в решении задач «сеточных» и «бессеточных» областей.
