基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，确定起爆源类型、药量或爆轰能量、形状和爆距；建立包裹起爆源的细Euler网格；建立一定爆距下的远场水域粗Euler网格；分别赋予细Euler网格和粗Euler网格以相应的材料参数；设置水域边界条件；设置梯度网格命令并提交软件计算；提取一定爆距冲击波峰值压力，并与Cole水下爆炸533公式计算值进行比较；根据对比结果确定下一步的计算步骤：若仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，则进行步骤9；若仿真结果压力值与533公式计算值相对差值超出误差范围，则回到步骤3。本发明专利技术通过合理的网格尺寸设置和梯度网格技术的应用，极大地减少了水下远场爆炸冲击波仿真计算量，并且能够保证计算精度。

【技术实现步骤摘要】
基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法
本专利技术涉及水下爆炸毁伤和防护
，具体涉及一种基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法。
技术介绍
水下远场爆炸毁伤问题是舰艇设备抗冲击和水中兵器易损性评估等领域所需重点考虑的问题之一，其主要的毁伤元是冲击波。而进行抗冲击或易损性评估的前提或基础是如何合理准确且快速地得到冲击波载荷输入。对于水下远场爆炸问题，目前采用的方法有水爆试验、经验公式计算和数值仿真计算。水爆试验实施周期长，代价大，且仅能得到一定爆距范围内的冲击波压力。经验公式计算目前广泛采用的是Cole的经典水爆经验公式，该公式能计算不同爆距下的冲击波压力值。然而，Cole的水爆经验公式不能很好的考虑复杂结构在远场水爆情形下的流-固耦合效应，且该公式难以给出冲击波压力时程变化。随着数值仿真技术的发展，对于水下远场爆炸问题，可通过仿真技术直观地再现冲击波的传播过程。然而，水下远场爆炸数值仿真存在精度和计算量两者之间协调问题：Euler网格越细，网格数越多，计算精度越高，但计算量越大；而过多网格数量，则对计算资源和计算速度要求很高，甚至可能出现过多水域Euler网格使得计算机算不动的情形。目前，LS-DYNA中给出了一种基于Cole经验公式的Load_Blast算法，然其核心仍是经验公式法的范畴。有关文献采用直接在近场水域边界上加冲击波载荷的近似方法进行远场爆炸的结构动响应计算，然其计算过程中不能很好地考虑流体-结构的耦合作用，且不能考虑冲击波的远场传播过程。因此，结合目前PC计算机的计算能力以及计算精度要求，提供一种既能合理准确又能高效快捷地得到水下远场爆炸下的冲击波载荷仿真计算方法，显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，它能较好地解决计算精度和计算效率之间的问题，能合理准确且高效快捷地预报水下远场爆炸冲击波压力及其时程变化。本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：一种基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，该方法包括以下步骤：步骤1，确定起爆源类型、药量或爆轰能量、形状和爆距；步骤2，建立包裹起爆源的细Euler网格；步骤3，建立一定爆距下的远场水域粗Euler网格；步骤4，分别赋予包裹起爆源的细Euler网格和一定爆距远场水域的粗Euler网格以相应的材料参数；步骤5，设置水域边界条件，包括细Euler网格域和粗Euler网格域各自的边界条件；步骤6，设置梯度网格命令并提交软件计算；步骤7，提取一定爆距冲击波峰值压力，并与Cole水下爆炸533公式计算值进行比较；步骤8，根据对比结果确定下一步的计算步骤：若仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，即两者相对差值在误差范围内，则进行步骤9；若仿真结果压力值与533公式计算值相对差值超出误差范围，则回到步骤3，调整远场水域的网格大小，再做计算，直至仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，再进行步骤9；步骤9，完成仿真计算并得到该计算工况下一定爆距位置的冲击波压力值及其时程变化。上述方案中，步骤1中，起爆源类型包括炸药装药和等效高压气团，若起爆源类型为炸药装药，则进一步确定药量；若起爆源类型为等效高压气团，则进一步确定爆轰能量。上述方案中，步骤2具体包括以下子步骤：(2.1)根据起爆源的形状和大小确定包裹该起爆源的Euler网格大小；(2.2)根据Euler网格大小合理设置细网格尺寸；(2.3)划分包裹起爆源的细网格；所述子步骤(2.1)、(2.2)和(2.3)均采用具有几何建模和网格划分的有限元建模商业软件进行。上述方案中，步骤3具体包括以下子步骤：(3.1)根据远场爆距大小确定远场Euler水域大小；(3.2)根据远场Euler水域大小合理设置粗网格尺寸；(3.3)划分一定爆距下的远场水域粗网格；所述子步骤(3.1)、(3.2)和(3.3)均采用具有几何建模和网格划分的有限元建模商业软件进行。上述方案中，步骤4具体包括以下子步骤：(4.1)定义所有的Euler单元为可多材料流动的Euler单元；(4.2)对于所有的Euler网格，均定义为水的材料参数，并定义材料的优先级为最低级；(4.3)对于包裹起爆源的细Euler网格，定义为起爆源的材料参数，并定义材料的优先级为最高级。上述方案中，步骤5中水域边界条件包括无反射/透射边界条件、压力释放边界条件和刚性壁面/全反射边界条件。上述方案中，步骤6中梯度网格命令为PARAM，GRADED-MESH，提交计算的软件为美国MSC公司的DYTRAN。上述方案中，步骤7和步骤8中Cole的水下爆炸533公式表达式为pm表示冲击波压力峰值，me表示等效TNT药量，R表示爆距大小。上述方案中，步骤1中，起爆源形状包括球形、柱形和矩形；所述爆距大于等于10倍起爆源半径。上述方案中，步骤2中整个细网格域的大小要大于起爆源尺寸，步骤3中整个粗网格域的大小要大于远场爆距值。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，通过合理的网格尺寸设置和梯度网格技术的应用，极大地减少了水下远场爆炸冲击波仿真计算量，并且能够保证计算精度，既能较为准确合理，又能高效快捷地计算水下远场爆炸冲击波压力及其时程变化，从而为舰艇设备抗冲击或水中兵器易损性评估等提供载荷输入。本专利技术方法较好地解决计算精度和计算效率之间的问题，可应用于水下远场爆炸下结构毁伤和防护等领域，为合理评估水下武器战斗部毁伤效果或为水下防护结构的设计及抗毁伤评估提供载荷输入，在水下远场爆炸结构动响应计算和评估等领域具有很高的应用价值和广阔的应用前景。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法的流程图；图2是本专利技术实施例中不同Euler网格域的尺寸示意图；图3是本专利技术实施例中水域边界条件设置示意图；图4是本专利技术实施例中65m爆距处冲击波压力时程曲线。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术目的是提出一种方便快捷、适合工程应用的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，请参照图1，为解决上述问题，本专利技术基于梯度网格技术，提出了一种水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，包括以下步骤：步骤1，确定起爆源类型、药量或爆轰能量、形状和爆距。起爆源类型包括炸药装药和等效高压气团，若起爆源类型为炸药装药，则进一步确定药量；若起爆源类型为等效高压气团，则进一步确定爆轰能量。起爆源形状包括球形、柱形和矩形。所述爆距应大于等于10倍起爆源半径。步骤2，建立包裹起爆源的细Euler网格，具体包括以下子步骤：(2.1)根据起爆源的形状和大小确定包裹该起爆源的Euler网格大小，需要注意的是，整个细网格域的大小要大于起爆源尺寸；(2.2)根据Euler网格大小合理设置细网格尺寸；(2.3)划分包裹起爆源的细网格。步骤3，建立一定爆距下的远场水域粗Euler网格，具体包括以下子步骤：(3.1)根据远场爆距大小确定远场Euler水域大小，需要注意的是，整个粗网格域的大小要稍大于远场爆距值；(3.2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，确定起爆源类型、药量或爆轰能量、形状和爆距；步骤2，建立包裹起爆源的细Euler网格；步骤3，建立一定爆距下的远场水域粗Euler网格；步骤4，分别赋予包裹起爆源的细Euler网格和一定爆距远场水域的粗Euler网格以相应的材料参数；步骤5，设置水域边界条件，包括细Euler网格域和粗Euler网格域各自的边界条件；步骤6，设置梯度网格命令并提交软件计算；步骤7，提取一定爆距冲击波峰值压力，并与Cole水下爆炸533公式计算值进行比较；步骤8，根据对比结果确定下一步的计算步骤：若仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，即两者相对差值在误差范围内，则进行步骤9；若仿真结果压力值与533公式计算值相对差值超出误差范围，则回到步骤3，调整远场水域的网格大小，再做计算，直至仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，再进行步骤9；步骤9，完成仿真计算并得到该计算工况下一定爆距位置的冲击波压力值及其时程变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，确定起爆源类型、药量或爆轰能量、形状和爆距；步骤2，建立包裹起爆源的细Euler网格；步骤3，建立一定爆距下的远场水域粗Euler网格；步骤4，分别赋予包裹起爆源的细Euler网格和一定爆距远场水域的粗Euler网格以相应的材料参数；步骤5，设置水域边界条件，包括细Euler网格域和粗Euler网格域各自的边界条件；步骤6，设置梯度网格命令并提交软件计算；步骤7，提取一定爆距冲击波峰值压力，并与Cole水下爆炸533公式计算值进行比较；步骤8，根据对比结果确定下一步的计算步骤：若仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，即两者相对差值在误差范围内，则进行步骤9；若仿真结果压力值与533公式计算值相对差值超出误差范围，则回到步骤3，调整远场水域的网格大小，再做计算，直至仿真结果压力值与533公式计算值吻合较好，再进行步骤9；步骤9，完成仿真计算并得到该计算工况下一定爆距位置的冲击波压力值及其时程变化。2.根据权利要求1所述的基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，其特征在于，步骤1中，起爆源类型包括炸药装药和等效高压气团，若起爆源类型为炸药装药，则进一步确定药量；若起爆源类型为等效高压气团，则进一步确定爆轰能量。3.根据权利要求1所述的基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真计算方法，其特征在于，步骤2具体包括以下子步骤：(2.1)根据起爆源的形状和大小确定包裹该起爆源的Euler网格大小；(2.2)根据Euler网格大小合理设置细网格尺寸；(2.3)划分包裹起爆源的细网格；所述子步骤(2.1)、(2.2)和(2.3)均采用具有几何建模和网格划分的有限元建模商业软件进行。4.根据权利要求1所述的基于梯度网格技术的水下远场爆炸冲击波仿真...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锡，余彧，庞晓斌，王静南，
申请(专利权)人：武汉海威船舶与海洋工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42