李福龍,孔德仁,王良全,趙傳榮

(1.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 南京 210094; 2.安徽工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院, 安徽 馬鞍山 243032)

0 引言

爆炸沖擊波壓力是彈藥威力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),也是武器性能評(píng)估的重要依據(jù)[1]。隨著國(guó)際形勢(shì)和軍隊(duì)作戰(zhàn)環(huán)境的變化,彈藥的使用環(huán)境不僅僅局限于平原地區(qū),高原環(huán)境下的作戰(zhàn)頻率越來(lái)越高。在實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn),同種類(lèi)型彈藥在平原環(huán)境下爆炸毀傷參量測(cè)試結(jié)果與高原環(huán)境下的測(cè)試結(jié)果存在較大差異,平原環(huán)境下獲取的測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法對(duì)高原環(huán)境下作戰(zhàn)給出有效的彈藥選用指導(dǎo)性意見(jiàn)[2],因此有必要開(kāi)展海拔高度對(duì)彈藥爆炸沖擊波壓力傳播分布規(guī)律的影響研究。

目前,國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者就海拔高度對(duì)沖擊波壓力傳播分布規(guī)律的影響作用開(kāi)展了大量研究。在數(shù)值仿真方面,Ramezan Ali Izadifard等[3]采用AUTODYN有限元分析軟件對(duì)不同海拔高度下沖擊波在空氣中傳播過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了沖擊波特征參量:超壓峰值、比沖量及正壓作用時(shí)間,并進(jìn)行了驗(yàn)證,提出了沖擊波參數(shù)修正系數(shù)。Veldman等[4]基于LS-DYNA建立了不同大氣壓力下高爆球形C4炸藥的仿真模型,通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,得出環(huán)境壓力對(duì)爆炸沖擊波比沖量、反射超壓峰值的影響隨測(cè)點(diǎn)距離減小而減小。李科斌等[5]基于有限元軟件,建立了球形裝藥自由場(chǎng)空中爆炸傳播模型,得到了爆炸近場(chǎng)不同真空度下沖擊波參數(shù)的變化規(guī)律。伴隨測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步,大量學(xué)者在借助數(shù)值模擬手段的同時(shí),也同步開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn),謝雪騰等[6]對(duì)0～4 500 m海拔高度下沖擊波傳播過(guò)程進(jìn)行仿真,結(jié)合海拔200、4 500 m靜爆實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同海拔高度下爆炸沖擊波特征參數(shù)具有較大差異,揭示了高原環(huán)境下沖擊波的傳播特性。龐春橋等[7]提出高原地區(qū)爆炸沖擊波超壓和正相比沖量的預(yù)測(cè)評(píng)估方法,并通過(guò)平原及海拔高度4 500 m處試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。由于試驗(yàn)成本高、難度大,研究者們采用模擬裝置代替實(shí)際測(cè)試環(huán)境或借助理論推導(dǎo)同步開(kāi)展了相關(guān)研究,Dewey等[8]通過(guò)調(diào)節(jié)模擬器中環(huán)境物理參數(shù),模擬了不同海拔下大氣環(huán)境,獲得了沖擊波入射超壓峰值和比沖量,證明了薩科斯定律在一定條件下的適用性。李志敏等[9]利用仿真軟件和可調(diào)真空度容器,設(shè)置不同氣壓環(huán)境、不同TNT當(dāng)量,得到了負(fù)壓環(huán)境、TNT裝藥質(zhì)量對(duì)沖擊波超壓峰值、正壓作用時(shí)間及比沖量的影響規(guī)律。陳龍明等[10]利用抽氣裝置,在密封罐內(nèi)開(kāi)展了模擬海拔高度為500、2 500、4 500 m下TNT爆炸測(cè)試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨環(huán)境氣壓下降,沖擊波超壓峰值、峰值到達(dá)時(shí)間及比沖量均明顯降低。張廣華等[11]利用真空爆炸罐開(kāi)展常壓和真空環(huán)境下內(nèi)爆威力測(cè)試,試驗(yàn)表明真空環(huán)境下爆炸沖擊波傳播方向性顯著,而常壓環(huán)境下,同一炸藥毀傷威力更大。Silnikov等[12]研究了高爆炸藥爆轟產(chǎn)生的沖擊波參數(shù)同空氣壓力的關(guān)系,基于沖擊波參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,分析了不同空氣壓力下沖擊波壓力和比沖量的差異。從上述分析可知,海拔高度對(duì)爆炸沖擊波傳播特性有著顯著的影響作用,現(xiàn)有的相關(guān)研究中針對(duì)海拔高度對(duì)爆炸沖擊波壓力傳播分布規(guī)律及壓力衰減特性的研究相對(duì)較少,研究結(jié)果不成體系,不足以闡明海拔高度對(duì)沖擊波壓力的影響作用,因此有必要更進(jìn)一步開(kāi)展海拔高度對(duì)爆炸沖擊波壓力傳播分布規(guī)律的影響分析。

本研究中基于有限元數(shù)值模擬軟件,構(gòu)建了不同海拔高度、不同TNT當(dāng)量的爆炸沖擊波壓力傳播分布規(guī)律仿真模型,分析了海拔高度對(duì)沖擊波超壓峰值、比沖量及峰值到達(dá)時(shí)間的影響作用,并與實(shí)測(cè)沖擊波壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,揭示了海拔高度對(duì)爆炸沖擊波壓力傳播分布規(guī)律的影響特性,為爆炸沖擊波工程測(cè)試提供了理論支撐。

1 不同海拔高度下數(shù)值仿真

1.1 模型建立

本研究中就實(shí)際毀傷工況下測(cè)試方案為原型進(jìn)行數(shù)值模擬分析。模型主要包括可見(jiàn)空氣域、TNT炸藥、剛性地面。采用二維軸對(duì)稱(chēng)建模以簡(jiǎn)化模型算法?？梢?jiàn)空氣域的結(jié)構(gòu)大小為20 000 mm×8 000 mm,具體劃分網(wǎng)格單元尺寸為20 mm×20 mm,根據(jù)典型高能戰(zhàn)斗部試驗(yàn),選擇在空氣域中分別填充10、30、50 kg柱形TNT炸藥,藥柱長(zhǎng)徑比為1∶1,起爆方式選擇中心起爆,爆心高度為2 000 mm,炸藥和空氣均采用Euler算法。以爆心距離1 000 mm為起點(diǎn)、20 000 mm為終點(diǎn),每間隔1 000 mm在地表和距離地面2 000 mm處的空中自由場(chǎng)設(shè)置高斯監(jiān)測(cè)點(diǎn),共組建40個(gè)高斯監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在模型的底部設(shè)置剛性界面,并在空氣域左側(cè)和頂部施加流出邊界,保證區(qū)域內(nèi)部空氣正常流通,避免邊界條件對(duì)沖擊波的反射。計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 數(shù)值計(jì)算模型

1.2 材料模型與狀態(tài)方程

模型中炸藥填充仿真軟件庫(kù)中TNT材料,采用JWL狀態(tài)方程進(jìn)行描述,具體表達(dá)式[13-14]為

(1)

式(1)中:P為T(mén)NT炸藥爆轟時(shí)壓力;V為相對(duì)體積;E為單位質(zhì)量TNT炸藥初始內(nèi)能;A、B、R1、R2、w為JWL狀態(tài)方程的5個(gè)參數(shù),其中A、B為材料參數(shù),R1、R2、w為常數(shù)。各參數(shù)具體形式如表1所示[15]。

表1 炸藥材料參數(shù)

空氣介質(zhì)采用理想氣體狀態(tài)方程描述,表達(dá)式為

P=(γ-1)ρgeg

(2)

式(2)中:P為不同海拔高度下大氣壓力;γ為絕熱指數(shù),取γ=1.4;ρg為不同海拔高度下空氣密度;eg為不同海拔高度下空氣初始內(nèi)能。

隨海拔高度增加,大氣環(huán)境相關(guān)參數(shù):空氣密度、大氣壓強(qiáng)等顯著下降。表2為標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)[16]。

表2 標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)簡(jiǎn)表

針對(duì)不同海拔高度,空氣初始能量可由經(jīng)驗(yàn)公式表示為

(3)

式(3)中:E1為不同海拔下空氣內(nèi)能;E0為海平面處空氣初始內(nèi)能,取E0=2.068×105J/kg;P為不同海拔下空氣壓強(qiáng);V為單位空氣體積;P0為海平面處空氣初始?jí)簭?qiáng)。結(jié)合表2,可計(jì)算出不同海拔高度下空氣內(nèi)能,如表3所示。

表3 不同海拔高度下空氣內(nèi)能

采用數(shù)值模擬方式,通過(guò)更改仿真環(huán)境下空氣密度及空氣初始內(nèi)能,結(jié)合空氣介質(zhì)理想狀態(tài)方程,還原不同海拔高度下實(shí)際大氣環(huán)境。

2 數(shù)值仿真結(jié)果分析

2.1 海拔高度對(duì)超壓峰值的影響

根據(jù)建立的有限元數(shù)值仿真模型,選擇當(dāng)量10 kg的TNT在海拔高度1 000 m處起爆,獲得爆炸沖擊波在不同時(shí)刻下壓力云圖,如圖2所示。

圖2 10 kg TNT海拔高度1 000 m處沖擊波壓力云圖

對(duì)圖2不同時(shí)刻下爆炸沖擊波壓力演化云圖分析可知:仿真時(shí)間到達(dá)1.055 ms時(shí),TNT炸藥在空氣域中發(fā)生爆炸,產(chǎn)生近似球形的沖擊波向外擴(kuò)散;時(shí)間到達(dá)6.807 ms,伴隨沖擊波的傳播,當(dāng)沖擊波觸及剛性地面,致使剛性地面壓力和密度不斷增加,形成地表反射壓[17],當(dāng)入射沖擊波壓力同地表反射壓疊加構(gòu)成馬赫波,入射波、反射波以及馬赫波三波交匯形成三波點(diǎn),隨著爆炸傳播空間擴(kuò)大,三波點(diǎn)離開(kāi)地面;時(shí)間到達(dá)12.650 ms時(shí),隨沖擊波不斷向外擴(kuò)散,三波點(diǎn)的高度也逐步增加。因此三波點(diǎn)的變化規(guī)律能夠?yàn)閷?shí)際測(cè)試中自由場(chǎng)壓力傳感器布設(shè)提供參考,當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離增加應(yīng)不斷提升傳感器安裝高度。

為表征同一爆心距下不同海拔高度對(duì)沖擊波超壓的影響,分別對(duì)爆心距為3、5、8 m(以實(shí)測(cè)方案為依據(jù))地表反射壓和自由場(chǎng)空中壓力進(jìn)行分析,圖3、圖4分別給出了等效TNT當(dāng)量10 kg位于不同爆心距、不同海拔高度處沖擊波壓力時(shí)程曲線。

對(duì)圖3、圖4分析可得,同一爆心距下,隨海拔高度增加,爆炸沖擊波波形變化規(guī)律相似。由圖3可以發(fā)現(xiàn),不同爆心距處,地表反射壓在短時(shí)間內(nèi)迅速到達(dá)峰值,然后逐漸下降,隨著傳播時(shí)間的增加,衰減速率變緩,直至衰減為常壓。由圖4可知,在爆心距較近時(shí)(圖4(a)、圖4(b)),自由場(chǎng)空中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于三波點(diǎn)上方,隨時(shí)間推移先后出現(xiàn)2個(gè)波峰,首先是入射波壓力,其次是反射波壓力,隨著爆心距增加(圖4(c)),三波點(diǎn)高度增加,高于相應(yīng)空中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置,此時(shí)沖擊波壓力時(shí)程曲線顯示馬赫波單個(gè)波峰。

當(dāng)海拔高度不斷增加,空氣相關(guān)物理參數(shù)發(fā)生變化,空氣內(nèi)能隨之改變,沖擊波傳播規(guī)律受到影響。結(jié)合圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn),隨海拔升高,同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)處地表和空中壓力均被削弱,二者變化規(guī)律較一致,但同一爆心距下地面沖擊波超壓峰值更高,以測(cè)點(diǎn)距離為3 m為例。海拔高度為0 m時(shí),地表沖擊波超壓峰值為0.652 MPa,空中沖擊波超壓峰值為0.476 MPa,二者相差0.176 MPa;當(dāng)海拔高度升高到1 000 m,地表沖擊波壓力峰值為0.615 MPa,較海平面處相比下降了5.67%,相應(yīng)空中沖擊波超壓峰值為0.451 MPa,較海平面處相比下降了5.25%,二者相差0.164 MPa;當(dāng)海拔繼續(xù)升高為2 000 m時(shí),地表沖擊波超壓峰值為0.587 MPa,較海平面處相比下降了9.97%,相應(yīng)空中沖擊波超壓峰值為0.428 MPa,較海平面處相比下降了10.1%,二者相差0.159 MPa;當(dāng)海拔高度升高3 000 m時(shí),地表沖擊波超壓峰值為0.558 MPa,較海平面處相比下降了14.4%,相應(yīng)空中沖擊波超壓峰值為0.410 MPa,較海平面處相比下降了13.9%,二者相差0.148 MPa;當(dāng)海拔高度最終達(dá)到4 500 m時(shí),地面沖擊波超壓峰值為0.527 MPa,較海平面處相比下降了19.2%,相應(yīng)空中沖擊波超壓峰值為0.386 MPa,較海平面處相比下降了18.9%,二者相差0.141 MPa。分析以上數(shù)據(jù),可以得出:海拔從0 m增至4 500 m處,地表及空中沖擊波超壓峰值衰減分別達(dá)19.2%和18.9%。由此表明,海拔高度同沖擊波壓力峰值呈負(fù)相關(guān),同一測(cè)點(diǎn)距離處,海拔高度越高,沖擊波壓力峰值越低。且同一爆心距下,隨海拔高度由 0 m 增至4 500 m過(guò)程中,地面與空中壓力峰值差距在縮小,但總體地面壓力峰值衰減率更高,同一海拔高度處地面及空中沖擊波壓力衰減率差值保持在0.5%以?xún)?nèi)。

為了反映不同TNT裝藥質(zhì)量在同一海拔下對(duì)沖擊波超壓峰值的影響,設(shè)置10、30、50 kg TNT炸藥分別在海拔高度為0、4 500 m處中心起爆,得到不同TNT裝藥質(zhì)量下爆炸沖擊波壓力峰值隨爆心距變化曲面如圖5、圖6所示。

分析上述沖擊波壓力峰值衰減曲面圖可知,同一海拔高度下,隨著TNT裝藥質(zhì)量增加,沖擊波壓力峰值隨之增大。對(duì)比圖5、圖6可以發(fā)現(xiàn),不同TNT裝藥質(zhì)量下,高海拔地區(qū)同低海拔地區(qū)沖擊波超壓峰值變化規(guī)律相近。

圖3 不同爆心距下不同海拔高度處地表反射壓

圖4 不同爆心距下不同海拔高度處自由場(chǎng)空中壓力

圖5 海拔0 m處不同當(dāng)量TNT沖擊波壓力峰值衰減曲面

圖6 海拔4 500 m處不同當(dāng)量TNT沖擊波壓力峰值衰減曲面

2.2 海拔高度對(duì)比沖量的影響

通過(guò)對(duì)不同海拔高度下沖擊波壓力時(shí)程曲線進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,獲得不同海拔高度下同一爆心距處沖擊波比沖量,圖7為10 kg TNT炸藥在不同海拔下爆心距為1～5 m處地面沖擊波比沖量,圖8為10 kg TNT炸藥在爆心距為11～15 m處自由場(chǎng)空中沖擊波比沖量。

圖7 #1～#5測(cè)點(diǎn)處地面沖擊波比沖量

圖8 #31～#35測(cè)點(diǎn)處空中沖擊波比沖量

對(duì)圖7、圖8分析可以看出:① 同一海拔高度下,由于沖擊波能量在傳遞過(guò)程中衰減程度不一致,導(dǎo)致比沖量隨測(cè)點(diǎn)距離增加非線性遞減;② 同一爆心距下,隨海拔高度增加,同一等效TNT當(dāng)量爆炸時(shí),比沖量隨之減小。如當(dāng)海拔高度由0 m增加至4 500 m過(guò)程中,地面爆心距1m處,沖擊波比沖量的衰減率為2.64%(1 000 m)、5.36%(2 000 m)、8.07%(3 000 m)、12.21%(4 500 m),自由場(chǎng)空中爆心距11 m處,沖擊波比沖量的衰減率為3.28%(1 000 m)、6.56%(2 000 m)、9.84%(3 000 m)、14.75%(4 500 m)。由此表明,沖擊波比沖量與海拔高度呈負(fù)相關(guān);③ 在不同海拔高度下,沖擊波比沖量隨傳播距離增大,波形變化相似,比沖量衰減幅度較一致。為了研究不同海拔高度下沖擊波比沖量受TNT裝藥質(zhì)量影響的變化規(guī)律,選擇10、30、50 kg等3種TNT裝藥質(zhì)量中心起爆,獲得地面爆心距1 m處及空中爆心距11 m處不同質(zhì)量TNT爆炸沖擊波比沖量,如圖9、圖10所示。

圖9 地面爆心距1 m處沖擊波比沖量

圖10 空中爆心距11 m處沖擊波比沖量

分析圖9、圖10可得,同一海拔高度下相同爆心距處,TNT裝藥質(zhì)量對(duì)沖擊波能量影響很大,伴隨TNT當(dāng)量增加,沖擊波比沖量提高;不同TNT當(dāng)量下,沖擊波比沖量隨海拔變化所構(gòu)成折線近似平行,沖擊波比沖量隨海拔變化增減幅度相當(dāng)。

2.3 海拔高度對(duì)峰值到達(dá)時(shí)間的影響

為了研究海拔高度對(duì)沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間的影響規(guī)律,提取TNT當(dāng)量為10、50 kg下不同海拔高度處地面沖擊波壓力時(shí)程曲線峰值到達(dá)時(shí)間,如圖11所示。

圖11 不同TNT當(dāng)量下沖擊波壓力峰值到達(dá)時(shí)間

由圖11可知,同一海拔高度下,隨著沖擊波傳播距離增加,沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間延長(zhǎng);沖擊波峰值抵達(dá)時(shí)間隨海拔上升逐漸提前。當(dāng)海拔增加,在爆心近處沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間極短,時(shí)間變化不明顯,隨著傳播距離增加,遠(yuǎn)離爆心處沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間提前顯著,結(jié)合具體數(shù)據(jù)分析:當(dāng)量為10 kg TNT起爆,在爆心距1 m處,同海拔0 m相比,伴隨海拔高度增加,地面沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間分別提前0.031 8(1 000 m)、0.070 7(2 000 m)、0.104 7(3 000 m)、0.163 ms(4 500 m);當(dāng)爆心距增加至12 m,地面沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間分別提前0.058(1 000 m)、0.214(2 000 m)、0.425(3 000 m)、0.862 ms(4 500 m)。對(duì)比上述數(shù)據(jù),表明隨海拔高度增加,沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間提前,海拔高度由0 m升至4 500 m時(shí),爆心距1 m較12 m處提前時(shí)間由0.163 ms提高到0.862 ms。因此,不同海拔高度下,沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間和測(cè)點(diǎn)距離相關(guān),測(cè)點(diǎn)距爆心越遠(yuǎn),提前時(shí)間越顯著。對(duì)比圖11(a)、圖11(b)可以看出,同一海拔高度下隨TNT當(dāng)量的增加,爆炸沖擊波傳播速度增加,沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間提前。在爆心近處,TNT當(dāng)量對(duì)沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間影響很大。在海拔0 m,爆心距1 m處,10 kg TNT和50 kg TNT先后中心起爆,沖擊波峰值達(dá)到時(shí)間分別為1.355、0.829 ms,50 kg TNT較10 kg TNT相比提前了38.82%,故TNT當(dāng)量增加會(huì)提高爆炸沖擊波的傳播速度。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證不同海拔高度下爆炸沖擊波壓力分布規(guī)律的可靠性,本文中開(kāi)展了實(shí)測(cè)試驗(yàn)研究。實(shí)際測(cè)試環(huán)境中海拔高度為2 000、1 500、198 m,3種海拔高度對(duì)應(yīng)的大氣壓強(qiáng)為79.48、84.54、98.97 kPa。由于實(shí)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中彈藥的裝藥類(lèi)型存在差異,因此將其換算成等效TNT當(dāng)量進(jìn)行計(jì)算。海拔高度為2 000 m時(shí),彈藥等效TNT當(dāng)量為128 kg,海拔高度為1 500 m時(shí),等效TNT當(dāng)量為90 kg,海拔高度為198 m時(shí),等效TNT當(dāng)量為80 kg。炸藥起爆方式為中心起爆,爆心高度為2 m。以爆心為圓心,測(cè)點(diǎn)布設(shè)半徑為4、8、12 m,每一個(gè)半徑布置3個(gè)測(cè)點(diǎn),共9個(gè)測(cè)點(diǎn)。不同測(cè)試環(huán)境下布場(chǎng)方案存在一定差異,但總體布場(chǎng)理念一致,沖擊波壓力測(cè)點(diǎn)布設(shè)結(jié)構(gòu)如圖12所示,試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)沖擊波壓力測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖13所示。

圖12 沖擊波壓力測(cè)點(diǎn)布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

圖13 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)沖擊波壓力測(cè)點(diǎn)布設(shè)

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和提取,得到不同海拔高度下不同等效TNT當(dāng)量爆炸沖擊波超壓峰值,如表4所示[2]。

為反映同一等效TNT當(dāng)量在不同海拔高度下爆炸沖擊波壓力分布規(guī)律,以TNT裝藥質(zhì)量1 kg為基準(zhǔn),得到不同海拔高度下等效TNT當(dāng)量為1 kg的爆炸沖擊波超壓峰值,如表5所示。

表4 不同海拔高度下爆炸沖擊波超壓峰值

表5 不同海拔高度下爆炸沖擊波超壓峰值

由表5中的壓力數(shù)據(jù)可知,同一海拔高度下,沖擊波壓力隨測(cè)點(diǎn)距離的增加而逐漸減小;同一等效TNT當(dāng)量下,沖擊波超壓峰值與海拔高度呈負(fù)相關(guān),海拔高度增加,沖擊波超壓峰值隨之降低;同一等效TNT質(zhì)量下,沖擊波超壓峰值衰減率隨海拔高度增加逐漸增大,如在測(cè)點(diǎn)距離4 m,較海拔高度198 m處,沖擊波超壓峰值衰減率分別為:8.91%(1 500 m)、17.8%(2 000 m);在測(cè)點(diǎn)距離12 m,較海拔高度198 m處,沖擊波超壓峰值衰減率分別為:4.84%(1 500 m)、8.87%(2 000 m)。由此表明,沖擊波超壓峰值受海拔高度的影響逐漸顯著。

4 結(jié)論

本文中采用有限元數(shù)值仿真方法,構(gòu)建了不同海拔高度下爆炸沖擊波壓力仿真模型,針對(duì)不同TNT當(dāng)量,開(kāi)展了爆炸沖擊波有限元數(shù)值仿真分析,分析總結(jié)了不同海拔高度下爆炸沖擊波壓力分布規(guī)律。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果具有較高的一致性,得出以下結(jié)論:

1) 隨著海拔高度增加,爆炸沖擊波變化規(guī)律相似,衰減程度相當(dāng),爆心近處沖擊波超壓峰值較高,隨爆心距增加,超壓峰值減小。

2) 爆炸沖擊波超壓峰值、比沖量與海拔高度呈負(fù)相關(guān),隨海拔高度增加,同一爆心距處,沖擊波超壓峰值及比沖量均逐漸減小;沖擊波峰值到達(dá)時(shí)間隨海拔升高逐漸提前,在爆心近處,提前時(shí)間不明顯,隨爆心距增加,提前時(shí)間顯著。

3) TNT當(dāng)量對(duì)沖擊波壓力分布規(guī)律有顯著影響,當(dāng)TNT裝藥質(zhì)量增加,爆炸沖擊波超壓峰值、比沖量隨之提高,峰值到達(dá)時(shí)間提前。

該項(xiàng)研究結(jié)果可為不同海拔高度下爆炸沖擊波壓力工程測(cè)試提供理論指導(dǎo)。