一种水下爆炸冲击波计算评估方法技术

本发明专利技术公开了一种水下爆炸冲击波计算评估方法，该方法基于空气动力学理论和特征线方法建立水下爆炸气泡和冲击波的关联机制，认为水下爆炸气泡在加速膨胀截止时刻处于临界状态

【技术实现步骤摘要】
一种水下爆炸冲击波计算评估方法


[0001]本专利技术涉及新能源勘探开采技术，具体涉及一种水下爆炸冲击波计算评估方法
。

技术介绍

[0002]炸药在水下接触爆炸中声源功率大
、
作功能力强，因此其被广泛地运用于水下可燃冰
、
页岩气等新能源的勘探开采
。
此外水下接触爆炸对舰船
、
潜艇的破坏程度较高，因此炸药在海战中也扮演着重要的角色，但是在水下接触爆炸中冲击波的近场压力峰值
、
冲量以及比冲击波能较高，因此难以通过有效的测量及计算评估方法对水下爆炸冲击波开展研究
。
[0003]目前对于接触爆炸的载荷研究集中于空爆工况中，通常开展铅柱压缩或弹道摆试验以对炸药猛度进行评估，目前已取得许多成果，然而由于载荷加载介质不同，炸药在水中的载荷输出与传播机理存在着明显的不同
。
[0004]张显丕在
《
装药水下接触爆炸驱动能力测量技术研究
》
一文中基于空爆的测试原理建立了装药水下接触爆炸驱动能力的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水下爆炸冲击波计算评估方法，其特征在于，步骤如下：步骤
1、
水下炸药爆炸产生水下爆炸气泡
(1)
和冲击波
(2)
，利用空气动力学理论和特征线方法建立水下爆炸气泡
(1)
膨胀运动与冲击波
(2)
之间的关联机制，即水下爆炸气泡
(1)
在加速膨胀截止时刻
t
ct
处于临界状态：水下爆炸气泡
(1)
在加速膨胀截止时刻
t
ct
处于临界状态，临界状态包括有：临界膨胀加速度
a
tt
(t
ct
)、
膨胀速度峰值
a
tmax
、
临界压力
p
ct
、
临界焓
h
B
(t
ct
)、
临界比容比
V
ct
、
临界扰动波波速
D
ct
；转入步骤2；步骤
2、
假设临界膨胀加速度
a
tt
(t
ct
)
数值为0，求解
Rayleigh
‑
Plesset
气泡动力学方程，通过龙格库塔数值计算方法得到加速膨胀截止时刻
t
ct
的水下爆炸气泡
(1)
的临界状态参数，转入步骤3；步骤
3、
基于特征线理论并根据得到的水下爆炸气泡
(1)
的临界状态参数，对冲击波
(2)
的初始位置，即形成与建立位置
R
s
求解，转入步骤4；步骤
4、
基于热力学第一定律提出了水下爆炸气泡
(1)
膨胀功
W(V)
与水下爆炸气泡
(1)
压力
p
g
、
比容比
V
的关系式：式中
ρ
e
为炸药装药密度；
p
g
为水下爆炸气泡
(1)
压力，
V
为水下爆炸气泡
(1)
的比容比；转入步骤5；步骤
5、
根据功能原理得出水下爆炸气泡
(1)
在加速膨胀阶段所做的加速膨胀功
W(V
ct
)
引起爆轰产物动能
、
水介质动能以及冲击波能量的累积，进而提出将加速膨胀功
W(V
ct
)
划分为初始冲击波能
e
s0
、
扰动区域
(4)
的水介质动能
e
kw
以及水下爆炸气泡
(1)
内部爆轰产物动能
e
kdp
，转入步骤6；步骤
6、
根据初始冲击波能量
e
s0
的计算式
(13)
，采用临界比容比
V
ct
以评估初始冲击波能量
e
s0
，转入步骤7；步骤
7、
根据初始冲击波能量
e
s0
的计算式
(13)
，采用冲击波的初始位置
R
s
以定性评估初始冲击波能量
e
s0
，转入步骤8；步骤
8、
在获得初始冲击波能量
e
s0
计算评估方法的基础上，通过临界状态建立冲击波
(2)
初始位置时的初始压力峰值
p
sh0
，转入步骤9；步骤
9、
将临界状态与黎曼变量相结合，并根据得到的冲击波
(2)
的初始压力峰值
p
sh0
对冲击波
(2)
传播过程的压力峰值
p
sh
(R)
进行求解，转入步骤
10
；步骤
10、
在建立了冲击波
(2)
传播过程的压力峰值
p
sh
(R)
的计算方法基础上，根据热力学第二定律考虑了冲击波
(2)
传播过程能量损失，对冲击波传播过程的能量
e
s
进行求解，转入步骤
11
；步骤
11、
在获得了冲击波
(2)
传播过程的峰值压力
p
sh
(R)
的基础上，进一步对冲击波冲量
I
s
进行求解
。2.
根据权利要求1所述的水下爆炸冲击波计算评估方法，其特征在于，步骤2中，假设临界膨胀加速度
a
tt
(t
ct
)
数值为0，求解
Rayleigh
‑
Plesset
气泡动力学方程，通过龙格库塔数
值计算方法得到加速膨胀截止时刻
t
ct
的水下爆炸气泡
(1)
的临界状态参数，具体如下：式中
a
ct
为临界半径，
a
tt
(t
ct
)
为临界膨胀加速度，
a
tmax
为膨胀速度峰值，
h
B
(t
ct
)
为临界焓，
p0为静水压力，
p
ct
为临界压力；
V
为水下爆炸气泡
(1)
的比容比，
v0为水下爆炸气泡
(1)
的初始比容；水下爆炸气泡
(1)
压力
p
g
与比容比
V
关系式采用经典的
JWL
状态方程描述：式中
A、B1、C
均为
JWL
状态方程常数，
ω
、R1、R2均为
JWL
状态方程指数，
V
ct
为临界比容比；根据
JWL
状态方程，临界比容比
V
ct
与临界压力
p
ct
关系式如下：
3.
根据权利要求2所述的水下爆炸冲击波计算评估方法，其特征在于，步骤3中，基于特征线理论并根据得到的水下爆炸气泡
(1)
的临界状态参数，对冲击波
(2)
的初始位置，即形成与建立位置
R
s
求解，具体如下：
S3
‑
1、
根据水介质
Tait
状态方程计算得到水下爆炸气泡
(1)
的临界压力
p
ct
载荷下的水介质声速
c
ct
：式中
n
为
Tait
水介质状态方程指数，
B
为
Tait
水介质状态方程常数，
ρ
w
为水介质密度；
S3
‑
2、
结合
c
ct
和特征线理论得到临界压力
p
ct
载荷下的临界扰动波波速
D
ct
：
D
ct
＝
c
ct
+a
tmax (5)
临界扰动波波速
D
ct
也包含在临界状态中；
S3
‑
3、
根据初始扰动波波速
D0和临界扰动波
D
ct
的时间和位置关系，计算得到冲击波
(2)
的形成时刻
t
s
：
D0＝
c
0 (7)
式中
c0为未扰动介质压缩波波速；
S3
‑
4、
获得冲击波
(2)
的初始位置
R
s
：
4.
根据权利要求3所述的水下爆炸冲击波计算评估方法，其特征在于，步骤5中，根据功能原理得出水下爆炸气泡
(1)
在加速膨胀阶段所做的加速膨胀功
W(V
ct
)
引起爆轰产物动能
、
水介质动能以及冲击波能量的累积，进而提出将加速膨胀功
W(V
ct
)
划分为初始冲击波能
e
s0
、
扰动区域
(4)
的水介质动能
e
kw
以及水下爆炸气泡
(1)
内部爆轰产物动能
e
kdp
，具体如下：
根据爆轰产物速度分布的
Gurney
模型和水介质不可压缩的近似假设，并根据冲击波
(2)
的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，王晗程，焦俊杰，单锋，祁妍洁，王佳兴，黄昱，程宇波，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：