一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法技术

本发明专利技术为解决现有的对称爆源爆炸产生的地运动稳态效应的计算，采用的一维数值计算方法、特征取值点的选取以及地运动稳态效应计算，计算数据冗余、耗时长；且不适用于其他非球对称爆源爆炸产生的地运动稳态效应的问题，而提供了一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法。具体包括：S1、获取爆源的特征以及周围介质类型；S2、确定物理模型的最小计算范围和最小计算时间；S3、简化物理模型并建立有限元计算模型；S4、选取反映爆源特征的系列取值点；S5、采用动力有限元程序进行计算，输出取值点的物理量的时间历程曲线；S6、数据处理得到爆源爆炸产生的地运动稳态效应值。到爆源爆炸产生的地运动稳态效应值。到爆源爆炸产生的地运动稳态效应值。

【技术实现步骤摘要】
一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法


[0001]本专利技术涉及工程爆破效应数值计算领域，具体涉及一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法。

技术介绍

[0002]工程爆破在基建、采矿等国民经济活动中应用广泛，各种类型和构型的爆源爆炸广泛应用于经济建设、国防和科研领域。准确计算和评估各种类型和构型的爆源在地介质中爆炸产生的地运动效应，对爆炸效应评估、爆破方案设计以及安全防护有重要意义。
[0003]以往的工程爆破地运动稳态效应计算方法只针对球形爆源地运动稳态效应，给出了一维的计算方法，但是其计算范围大、计算时间长，同时并不适用于非球型爆源爆炸产生的地运动稳态效应。因此，研究设计一种针对任意构型爆源爆炸产生的地运动稳态效应，且高效简单的计算方法是非常必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有的对称爆源爆炸产生的地运动稳态效应的计算，采用的一维数值计算方法、特征取值点的选取以及地运动稳态效应计算，计算数据冗余、耗时长；且不适用于其他非球对称爆源爆炸产生的地运动稳态效应的问题，而提供了一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]S1、依据实验条件或理论设计，获取爆源的特征以及周围地介质的类型；
[0008]所述爆源的特征包括爆源的形状、特征尺寸、类型、爆炸当量、整体位置和起爆点；
[0009]S2、根据爆源的特征和周围地介质类型，建立物理模型，并确定物理模型的最小计算范围和最小计算时间；
[0010]S3、简化物理模型，建立有限元计算模型，进行有限元网格划分，并选择合理的材料模型、材料参数及流固耦合算法；
[0011]S4、根据物理模型的最大塑性区半径，确定系列取值点的爆心距位置，确定取值点的位置及取值点个数；S5、根据S2中确定的最小计算时间，采用动力有限元程序进行计算，输出各个取值点的物理量的时间历程曲线；
[0012]所述物理量包括取值点的等效应力、等效应变或位移；
[0013]S6、对S5所输出系列取值点的物理量的时间历程曲线进行数据处理，得到爆源爆炸产生的地运动稳态效应值。
[0014]进一步地，步骤S2中：
[0015]所述物理模型的最小计算范围为：
[0016][0017]式中，L为地介质的计算范围爆心距；W为爆源的爆炸当量；C
p
为地介质的纵波波速；
[0018]所述物理模型的最小计算时间为：
[0019][0020]式中，t为模型的计算时间。
[0021]进一步地，步骤S3中，所述简化物理模型是根据爆源的几何特征，具体为：
[0022]若爆源为轴对称，则简化为二维轴对称模型；
[0023]若爆源有3个对称面，则简化为1/8对称模型；
[0024]若爆源有2个对称面，则简化为1/4对称模型；
[0025]若爆源仅有1个对称面，则简化为1/2对称模型；
[0026]若爆源无对称性，则建立完整的三维模型。
[0027]进一步地，步骤S4具体为：
[0028]S41、利用动力有限元程序进行试算，根据计算结果确定物理模型的最大塑性区半径R
Plastic
；
[0029]S42：确定系列取值点的爆心距位置：
[0030]R
Points
＝1.5R
Plastic
ꢀꢀ
(3)
[0031]式中，R
Points
是系列取值点的爆心距位置，R
Plastic
是S41中试算得到的最大塑性区半径；
[0032]S43：根据S3中建立的物理模型特征以及S42中确定的系列取值点的爆心距大小，确定取值点的位置及取值点个数n。
[0033]进一步地，若S3中简化的物理模型为二维轴对称，则取值点个数n＝7，取值点位于爆心距为R
Points
的环线上且从0
°
到90
°
每隔15
°
的等间隔角位置处；
[0034]若S3中简化的物理模型为1/8对称，则取值点个数n＝18，取值点分别位于计算模型的3个对称面上、爆心距为R
Points
的环线上且每隔15
°
的等间隔角位置处；
[0035]若S3中简化的物理模型模型为1/4对称，则取值点个数n＝29，取值点分别位于计算模型的2个对称面和另外一个坐标面上、爆心距为R
Points
的环线上且每隔15
°
的等间隔角位置处；
[0036]若S3中简化的物理模型为1/2对称，则取值点个数n＝45，取值点分别位于计算模型的1个对称面和另外两个坐标面上、爆心距为R
Points
的环线上且每隔15
°
的等间隔角位置处；
[0037]若S3中爆源无对称性，则建立完整的三维模型，则整体三维模型取值点个数n＝66，取值点分别位于计算模型的3个对称面上、爆心距为R
Points
的环线上且每隔15
°
的等间隔角位置处。
[0038]进一步地，步骤S6具体为：
[0039]S61、对每个取值点的物理量时间历程曲线进行规整化处理，对数据进行插值，按
等间距时间间隔Δt输出物理量的时间历程曲线；
[0040]S62：准确获得每个取值点的物理量的稳态值：
[0041]读取各个取值点的物理量的时间历程曲线，在曲线大致稳定后在至少3个振动的时间周期范围内对物理量取算术平均值，将该值作为该取值点上的稳态值：
[0042][0043]式中，P
j
为j取值点上的物理量的稳态值；p
i
为i时刻j取值点上物理量值；p
i+1
为i+1时刻j取值点上物理量值；Δt为时间历程曲线数据的输出时间间隔；t
s
为取值的起始时刻；t
e
为取值的终止时刻；
[0044]S63、将所有取值点的物理量稳态值进行算术平均，得到该构型爆源爆炸产生的地运动稳态效应值
[0045][0046]式中，n为S43中确定的取值点个数。
[0047]进一步地，所述流固耦合算法采用带侵蚀算法的罚函数耦合算法，耦合单元内的积分点个数为3，并在所有方向上都进行耦合；
[0048]所述流固耦合算法中，炸药和空气采用欧拉网格，使用流体输运算法，具体采用Van Leer算法和半指数漂移二阶精度算法；地介质采用拉格朗日算法。
[0049]进一步地，若爆源的类型为TNT炸药，对TNT采用高能炸药燃烧材料模型和JWL状态方程描述炸药爆轰过程，其中压力P和内能E及其相对体积V满足：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、依据实验条件或理论设计，获取爆源的特征以及周围地介质的类型；所述爆源的特征包括爆源的形状、特征尺寸、类型、爆炸当量、整体位置和起爆点；S2、根据爆源的特征和周围地介质类型，建立物理模型，并确定物理模型的最小计算范围和最小计算时间；S3、简化物理模型，建立有限元计算模型，进行有限元网格划分，并选择合理的材料模型、材料参数及流固耦合算法；S4、根据物理模型的最大塑性区半径，确定系列取值点的爆心距位置，确定取值点的位置及取值点个数；S5、根据S2中确定的最小计算时间，采用动力有限元程序进行计算，输出各个取值点的物理量的时间历程曲线；所述物理量包括取值点的等效应力、等效应变或位移；S6、对S5所输出系列取值点的物理量的时间历程曲线进行数据处理，得到爆源爆炸产生的地运动稳态效应值。2.根据权利要求1所述的针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法，其特征在于，步骤S2中：所述物理模型的最小计算范围为：式中，L为地介质的计算范围爆心距；W为爆源的爆炸当量；C
p
为地介质的纵波波速；所述物理模型的最小计算时间为：式中，t为模型的计算时间。3.根据权利要求2所述的针对任意构型爆源地运动稳态效应的计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述简化物理模型是根据爆源的几何特征，具体为：若爆源为轴对称，则简化为二维轴对称模型；若爆源有3个对称面，则简化为1/8对称模型；若爆源有2个对称面，则简化为1/4对称模型；若爆源仅有1个对称面，则简化为1/2对称模型；若爆源无对称性，则建立完整的三维模型。4.根据权利要求3所述的针对任意构型爆源地运动稳态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海兵，田宙，张海波，张柏华，贾雷明，曹渊，何增，寿列枫，王智环，陈锋，王宏亮，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：