一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法技术

本发明专利技术涉及一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，包括如下步骤：步骤一：计算爆炸材料的几何尺寸；步骤二：绘制圆柱体爆炸材料冲击的欧拉域并分割成流体域和爆炸材料域；步骤三：对欧拉域的端面进行划分，对流体域划分为多个同心圆弧面；步骤四：根据步骤三的划分结果进一步划分为二维结构化单元，将二维结构化单元拉伸生成爆炸材料冲击的欧拉域单元。通过对欧拉域单元进行划分设置能够简化仿真模拟前的网格划分的处理难度和时间，还能有效的控制欧拉域单元的质量，同时也能保证欧拉域单元具有爆炸材料为中心等距离扩散的特征，使欧拉域单元满足爆炸冲击波传播规律和捕捉爆炸冲击波的特征的参数，提高仿真计算效率和准确性。和准确性。和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法


[0001]本专利技术涉及仿真模拟领域，更具体地，涉及一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法。

技术介绍

[0002]随着爆炸材料冲击在军事和民用上运用越来越广泛，国内外学者针对爆炸材料冲击特性进行深入的研究，研究内容包括爆炸材料冲击传播过程、膨胀运动过程、结构动态响应及损伤破坏等过程。目前采用主要研究方法有试验研究和仿真计算研究。试验实施周期长、成本高等缺点，且仅能得到特定条件部分爆炸特性。而仿真计算研究直观地再现爆炸材料冲击传播过程、膨胀运动过程、结构动态响应及损伤破坏等过程，能针对多种工况进行多次仿真重复分析研究，且仿真计算结果合理准确，有周期短、成本低等特点，因而被专家和学者广泛地接受和认可。
[0003]现有的一种基于梯度网格技术的水下远场爆爆炸材料冲击仿真计算方法，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爆炸材料冲击仿真计算量，并且能够保证计算精度。r/>[0004]仿真计算作为一种研究手段，捕捉爆炸冲击波和能量波的传播过程特征参数是仿真计算的难点和重点。众所周知，单元形状和单元质量对于仿真计算的结果有很大影响，因此如何划分高质量单元使其适合模拟爆炸材料爆炸冲击产生的冲击波和能量波传播过程显得尤为重要。在上述的技术方案中，其网格只有对远近进行疏密的划分，难以达到控制网格的目的，且难以满足以爆炸材料为中心等距离扩散特征，导致模拟仿真的准确性和置信度。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术中模拟仿真效果差的问题，提供一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，对仿真爆炸物进行欧拉域拓扑结构划分，能捕捉爆炸冲击波和能量波向四周等速等距离传播、能量波和冲击波迅速衰减的特性，大幅提高仿真计算准确性和置信度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：计算爆炸材料的几何尺寸；
[0008]步骤二：绘制圆柱体爆炸材料冲击的欧拉域并分割成流体域和爆炸材料域；
[0009]步骤三：对欧拉域的端面进行划分，对流体域划分为多个同心圆弧面；
[0010]步骤四：根据步骤三的划分结果进一步划分为二维结构化单元，将二维结构化单元拉伸生成爆炸材料冲击的欧拉域单元。
[0011]在上述的技术方案中，通过在欧拉域端面按照做不同半径的同心圆分割端面，形成多个同心的圆弧面，让被拉伸的单元等距离扩散，通过对欧拉域单元进行划分设置不仅能有效的控制欧拉域单元的质量，同时也能保证欧拉域单元具有爆炸材料为中心等距离扩散的特征，使欧拉域单元满足爆炸冲击波传播规律和捕捉爆炸冲击波的特征的参数，以保证爆炸材料冲击有限元模型的计算稳定性和计算精度。
[0012]欧拉域一般是用于对空气或者是液体等物质的描述，主要用于研究其液体特性和流固耦合特性，欧拉域能较好的模拟爆炸材料爆炸区域(如空气或水等液体)流体特性和流固耦合特性。
[0013]优选的，在步骤一中，根据已知爆炸材料质量M和密度ρ确定爆炸材料冲击效应的圆柱体的半径r和高度h。
[0014]优选的，在步骤二中，绘制半径为R和高度为H的圆柱体爆炸材料冲击的欧拉域，在半径为R和高度为H的圆柱体的一端分割出同轴心半径为r和高度为h的爆炸材料域，半径r和半径为R之间的区域为流体域。
[0015]优选的，步骤三的具体流程为：
[0016]S3.1:将欧拉域端面划分为至少三等份，选取其中一份，在该份的流体域端面上划分多个圆弧面，从流体域中心至外边缘，依次分别记为G1、G2、G3......Gn；
[0017]S3.2:取圆弧面G1的内圈圆弧的中点，用两条过该中点且分别与圆弧面G1两侧边线平行的分割线将圆弧面G1分割成三份；
[0018]S3.3:按照S3.2的方式，依次分隔奇数项的圆弧面，最终完成欧拉域的划分。
[0019]通过这样等距划分圆弧面，能够对应爆炸冲击产生的冲击波和能量波呈现出向四周等速等距离传播，爆炸后能量波和冲击波迅速衰减，且冲击波(如速度与能量等)特征参数的等值面与距起爆点的距离相同。分割圆弧面可以将被分割的弧形面的内圈圆弧和外圈圆弧的每段长度接近且产生一个类四边形，让对应的弧形面能够产生形状相等或者相近的网格，而间隔进行分割是避免分割太多影响网格质量，在此平衡下，精确控制网格单元形状和质量，使欧拉域被拉伸的单元等距扩散，进一步保证欧拉域单元具有以爆炸材料为中心等距离扩散的特征。
[0020]优选的，在S3.1中，圆弧面划分的具体流程为：
[0021]S3.1.1:在该流体域中以圆柱体的圆心作多个同心圆，同心圆的半径从小到大分别为r1、r2、r3......r
n
；其中，当n为奇数时，则r
n
＝r
(n
‑
1)
+0.5kr(n
‑
1)；当n为偶数时，则r
n
＝r
(n
‑
1)
+0.5krn；r1＝r；
[0022]S3.1.2:使用分割线将欧拉域端面划分为至少三等份，在其中一份中，相邻的同心圆之间构成圆弧面。
[0023]优选的，在S3.1中，选取其中一份流体域，在该流体域中以圆柱体的圆心作多个同心圆弧线，圆弧线从小到大分别为r1、r2、r3......r
n
，相邻的两个圆弧线构成圆弧面；
[0024]其中，当n为奇数时，则r
n
＝r
(n
‑
1)
+0.5kr(n
‑
1)；当n为偶数时，则r
n
＝r
(n
‑
1)
+0.5krn；r1＝r。
[0025]优选的，在S3.1中，将欧拉域端面划分为至少四等份，四等份划分的时候只需要通过两条穿过圆心且互相垂直的线即可实现，操作更加方便。
[0026]优选的，步骤四的具体流程为：
[0027]S4.1：根据爆炸材料确定单元尺寸的大小，对步骤三中完成圆弧面分割的一份欧拉域端面划分二维结构化单元；
[0028]S4.2：将S4.1中的二维结构化单元沿圆心复制至其他等分的端面，获得欧拉域端面的二维结构化单元，将二维结构化单元拉伸生成爆炸材料冲击的欧拉域单元；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：计算爆炸材料的几何尺寸；步骤二：绘制圆柱体爆炸材料冲击的欧拉域并分割成流体域和爆炸材料域；步骤三：对欧拉域的端面进行划分，对流体域划分为多个同心圆弧面；步骤四：根据步骤三的划分结果进一步划分为二维结构化单元，将二维结构化单元拉伸生成爆炸材料冲击的欧拉域单元。2.根据权利要求1所述的一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，其特征在于，在步骤一中，根据已知爆炸材料质量M和密度ρ确定爆炸材料冲击效应的圆柱体的半径r和高度h。3.根据权利要求2所述的一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，其特征在于，在步骤二中，绘制半径为R和高度为H的圆柱体爆炸材料冲击的欧拉域，在半径为R和高度为H的圆柱体的一端分割出同轴心半径为r和高度为h的爆炸材料域，半径r和半径为R之间的区域为流体域。4.根据权利要求1所述的一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，其特征在于，步骤三的具体流程为：S3.1:将欧拉域端面划分为至少三等份，选取其中一份，在该份的流体域端面上划分多个圆弧面，从流体域中心至外边缘，依次分别记为G1、G2、G3......Gn；S3.2:取圆弧面G1的内圈圆弧的中点，用两条过该中点且分别与圆弧面G1两侧边线平行的分割线将圆弧面G1分割成三份；S3.3:按照S3.2的方式，依次分隔奇数项的圆弧面，最终完成欧拉域的划分。5.根据权利要求4所述的一种用于爆炸材料爆炸冲击模拟的欧拉域划分方法，其特征在于，在S3.1中，圆弧面划分的具体流程为：S3.1.1:在该流体域中以圆柱体的圆心作多个同心圆，同心圆的半径从小到大分别为r1、r2、r3......r
n
；其中，当n为奇数时，则r
n
＝r
(n
‑
1)
+0.5kr(n
‑
1)；当n为偶数时，则r
n
＝r
(n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊铃华，蒋磊，明志茂，秦俊沛，
申请(专利权)人：广电计量检测深圳有限公司广电计量检测杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：