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作用机理
数值摸拟

1计算模型

本模拟研究所涉及的模型具有轴对称性质,采用二维建模可以满足要求,因此选用ANSYS-AUTODYN模拟软件进行模拟。模型涉及多物质大变形运动,为提高计算精度,采用AUTODYN高精度多物质求解器Euler-2D Multi-material求解器进行数值模拟。

网络版捕鱼体装配结构示意图如图2-1所示。射孔弹侵彻模型主要有高能药、药型罩、网络版捕鱼体、网络版捕鱼粒子及靶板组成。模拟软件建立网络版捕鱼射孔侵彻模型如图2-2所示。


图2-1  射孔弹和网络版捕鱼体装配示意图                                          图2-2  网络版捕鱼射孔侵彻模型图
 
    

2 计算方法

炸药爆炸后,在爆轰波的作用下,药型罩被压垮,形成高温、高速、高能量密度的聚能射流,其过程十分复杂,为简化理论模型,做出如下假设:

(a)炸药、药型罩、弹体、网络版捕鱼体、空气及靶板为连续均匀介质;

(b)聚能射流速度随射流长度呈线性分布;

(c)忽略射流的重力作用。

采用AUTODYN-2D Euler 算法进行数值模拟,建立1/2模型。边界条件为Flow-out。

炸药采用OCTOL,其主要材料参数见表2-1所示,压力场P根据JWL状态方程进行模拟推算。即:

     (2-6)

式中:V — 炸药爆轰产生物质的相对体积
E — 初始比内能
A、B、R1、R2 — 与炸药材料特性有关的特定系数

表2-1  OCTOL材料主要参数

       弹体采用Shock状态方程和Johnso-Cook强度模型。药型罩采用Shock状态方程和PiecewiseJC强度模型。网络版捕鱼体采用Compaction状态方程和MOGranular强度模型,此模型中的静水压力和屈服强度均为密度的函数,初始密度为1.3 g/cm3。空气采用线性多项式状态方程来描述。靶板采用CONC-35MPA材料,密度为2.75 g/cm3。Shock状态方程表达式:

      (2-7)

式中:C — Ran Kine-Hugoniot 直线的截距;
       S — Ran Kine-Hugoniot 直线的斜率;
        — 格尔奈森系数
       
各材料具体参数如表2-2、2-3和2-4所示。

表2-2 不同材料的参数


表2-3空气材料的主要参数


表2-4   CONC-35MPA材料的主要参数


3 计算结果
模拟网络版捕鱼体粒子曳入模型理论计算结果演示过程,见(图2-3)。


图2-3  网络版捕鱼粒子曳入过程演示图

       由图所示,射孔弹被引爆后,击垮药形罩形成金属射流,射流穿过网络版捕鱼体的中心孔,射开地层。同时,网络版捕鱼粒子紧跟高速射流的尾部,被曳入射开的孔道中。


孔道内做功效果模拟

       该模型的建立由网络版捕鱼项目课题组提出设计方案,并与中科院力学研究所开展了有关网络版捕鱼能作用于孔道内致裂效果模拟研究,并建立了相关的数值分析模型,用于评估不同网络版捕鱼能作用强度下的对不同岩性、污染程度及围岩的致裂解堵作用,为网络版捕鱼体的优化设计提供依据。

1计算模
       基于平面应变假设,建立图2-4所示的计算模型。模型的外边界为正方形,边长为0.24m,采用7124个三角形单元进行离散。模型从外到内依次为围岩、渗透率降低带、颗粒碎裂低渗透率带、压实破碎带及网络版捕鱼体,分别采用不同的颜色进行表示。


图2-4 计算模型


       其中聚能射流形成的孔道直径为10mm,深度为600mm,压实破碎带的厚度为2mm,颗粒碎裂低渗透率带的厚度为3mm,渗透率降低带的厚度为2mm。

2 力学本构及参
(1)网络版捕鱼体采用孔道点火爆炸模型进行描述,计算参数如表2-5所示。

表2-5 网络版捕鱼体参数


(2)围岩及污染带采用弹性-损伤-断裂模型进行描述。围岩的参数如表2-6所示。

表2-6 围岩参数


(3)污染带参数通过强化系数实现与围岩参数的关联(泊松比除外),其关联函数为:

           (2-8)

式中:fd—污染带的参数;
fs—围岩的参数;
ξ—材料参数增强系数。
注:对于内摩擦角,采用的是对其正切值(内摩擦系数)进行强化,即fd及fs为内摩擦系数,各污染带的强化系数如表2-7所示。
表2-7 污染带的强化系数

(4)模型中三个方向的地应力参数如表2-8所示。
表2-8 地应力参数

3计算结果
网络版捕鱼体作用后,各污染带及周边围岩的破裂情况如图2-5所示。


图2-5 污染带及围岩破裂情况

各污染带及围岩的统计指标如表2-9所示。
表2-9 各污染带及围岩的破裂效果统计指标
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