基于ls-dyna的爆炸流场荷载的数值模拟研究

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1、基于LS-DYNA的爆炸流场荷载的数值模拟研宄储程赵跃堂胡康解放军理工大学国防工程学院爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室随着微型计算机计算能力的提高以及数值方法和商业软件的推动，基于有限元方法的数值模拟在科学和工程研究中得到广泛应用，一些复杂的物理问题可以容易地进行数值模拟研宄。介绍了在微型机上基于LS-DYNA软件分别使用普通ALE方法和ALE映射方法模拟限制空间内爆炸波流场荷载的方法，并对结果进行了比较分析。研宂表明，爆炸波传播及荷载可以在微型机上进行有效模拟;ALE网格映射方法对于普通ALE方法是一种改

2、进，可以降低结果对网格的敏感性。关键词：微型机;数值模拟;爆炸波;任意拉格拉□欧拉方法;。基金：W家自然科学基金项目（51478469）NumericalsimulationofexplosioninaconfinedspaceusingALEmethodChuChengZhaoYuetangHuKangNationalofDefenseEngineeringInstitute,PLAUniversityofScienceandTechnology;Abstract：Withincreaseofperso

3、nalcomputer’scomputationalcapability，togetherwiththedevelopmentofnumericalmethod,somecomplicatedphysicalproblemscanbesimulatedwithmicrocomputer.InthispapernumericalsimulationofexplosioninaconfinedspaceusingALEmethodonmicrocomputerwasintroduced,thentwoways

4、ofsimulationoftheblastwavefieldsinLS-DYNAcodewereusedandtheresultswerecomparedandanalyzed.Thisstudyshowedthatblastwavepropagationandthefluidfieldcanbesimulatedeffectivelyonmicrocomputer,however,themeshsizehasevidentinfluenceontheresults.ALEMappingisanimpr

5、ovementtooriginalALEmethod.Keyword：microcomputer;numericalsimulation;blastwave;arbitraryLagrangianEulerianmethod;0引言微型计算机计算能力的提升和数值计算方法的发展，为研宄科学技术中的复杂问题提供了新的研究方法，即数值模拟方法。数值模拟方法通过对复杂的数学物理问题进行建模，最终简化为可数值求解的微分方程（组），通过其强大的数值求解算法，最终将计算结果直观清晰地展现给科研工作者，因而在各类科学和工

6、程问题研宄中得到了广泛的应用［1-3］。爆炸波的传播及其荷载是爆炸力学中最重要的科学问题。由于爆炸试验本身具有一定的危险性和不可控性，＞1.限制空间内爆炸后空气爆炸波流场十分复杂，测量困难，因此计算机数值仿真成为此类学科理论研究和实验研究之外并行的一种研究方法，□益受到重视［4-5］。目前在爆炸力学方面广泛使用的有限元软件主要有ANSYS、LS-DYNA、ABAQUS和AUT0DYNA等边1，这些有限元软件都可以在微型计算机上运行，其中LS-DYNA是显示非线性动力分析通用有限元程序，对爆炸的模拟提供了良

7、好的支持，但由于爆炸模拟木身的复杂性，很多因素可能影响模拟结果的可靠性，例如材料的状态方程、本构模型的参数、网格划分精细度、计算控制参数设置m等。本文介绍限制空间内点源爆炸所造成的空气爆炸波流场及其荷载，对比两种不同方法的结果，通过对比分析得出比较可靠的模拟方法。木文研究基于LS-DYNA软件进行。1ALE方法通常而言，动力学问题的数值模拟过程中将涉及三种算法:Lagrangian算法、Euler算法和任意拉格朗日-欧拉（ArbitraryLagrangianEulerian,ALE）算法。与之相对应，模

8、型划分的网格分别称为Lagrangian网格、Euler网格和ALE网格。在Lagrangian算法中，网格节点将允许和材料节点共同运动和变形，这种算法较适合于固体材料的模拟，其缺点在于无法模拟大变形的情况，网格的畸变将造成计算的终止或出错。在Euler算法中，网格节点的空间位置是固定不变的，并不随着材料节点一同运动和变形，可以克服大变形带来的无法模拟计算的问题，对于流体材料方面的模拟效果较好。ALE算法则结合/Lagrang