封闭立方体内爆炸冲击波的数值模拟分析

简介：
本研究通过数值方法对封闭空间内爆炸产生的冲击波进行了详细模拟与分析，探讨了其传播特性及破坏效应。 在工程领域内研究爆炸冲击波至关重要，特别是在密闭空间中的效应。对于开放环境的毁伤效果已有大量研究成果，但在封闭条件下的行为却更具挑战性且复杂多变。 理解密闭立方体内爆炸冲击波的行为是关键所在。当冲击波遇到刚性的表面时会发生正反射和斜反射现象。其中，正反射是指垂直于壁面方向上的完全镜像反射；而斜反射则发生在非垂直入射的情况下，并同样会导致压力的骤增及随后向反方向传播的现象。 基于自由场爆炸冲击波理论可以推导出密闭空间内这些复杂相互作用的具体计算公式，这对于预测和分析实际场景中的效应至关重要。此外，在这种环境下还会形成一种特殊的马赫波现象——当反射波与入射波在特定角度相遇时叠加形成的高能量汇聚型波。 为了验证以上理论假设并提供实证依据，研究人员构建了2.2米 × 2.2米 × 2.2米的密闭立方体模型，并选取爆心垂直中环面中心A、长侧边中点B以及顶角C三个特征测点进行数值模拟。通过使用LS-DYNA有限元分析软件，对75克TNT当量装药在该空间内的爆炸过程进行了详细的计算机仿真。 研究过程中采用了Lagrangian、ALE和多物质Euler等不同算法来精确捕捉各个阶段的物理变化，并且精细地设置了炸药材料模型及环境空气状态方程以确保模拟结果的真实性和准确性。通过观察不同时刻超压演化的云图，可以清晰展现冲击波在密闭空间内的传播路径、反射和相互作用过程。 最终得出结论：数值仿真所得数据与理论计算值在选定的三个特征测点上高度一致，为实际工程中传感器的选择及布置提供了可靠的参考依据。这项研究不仅加深了我们对封闭环境内爆炸现象的理解，还为相关领域的安全评估和技术设计提供了有力支持。