在这里,我们给出采用MPM3D程序模拟的冲击爆炸类问题的动画集锦。 

1. 激波管问题模拟

这个问题中,激波管的中部由薄膜分为两个具有不同密度的区域,初始速度为0,观察初始间断随时间的发展。该问题模型由Sod提出,是一个标准算例,可以得出其解析解。3个动画依次给出了密度、压力和速度间断面的随时间的发展,与解析解吻合。

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2. 一维TNT板条爆轰

一维板条爆轰过程常被作为测试爆炸模拟的数值方法的基准检验问题,本算例模拟了TNT炸药在一端起爆的过程。板条右端自由,左端固定。3个动画依次给出了密度、压力和速度的沿板条分布随时间变化的过程。所得各物理量的峰值与实验值及理论近似值吻合。

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3. 爆轰驱动飞片
爆轰驱动飞片是检验炸药做功能力的一种有效手段,同时利用该方法可获得高速运动的碎片用于空间碎片防护实验。Gurney给出了预测飞片速度的经验公式,后又经其它学者进行了改进。我们针对不同构型及不同质量比模拟了一系列算例,所得飞片终态速度与经验公式吻合。本动画给出了非对称构型装药的爆轰驱动飞片的过程。

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4. 聚能射流

     聚能效应是爆炸力学的重要应用之一。聚能效应通常是利用一定的装药形状,通过爆炸驱动金属药型罩向小空间聚集,形成高能量密度的射流或弹丸的物理过程。线性聚能装药可以作为二维的平面应变问题来考虑。本动画给出了MPM3D模拟聚能射流的过程。

 

5. 爆轰生成碎片

     破片是由于材料破碎产生的,而破碎是连续断裂导致的现象。这里模拟了爆轰驱动下金属壳破碎的过程,金属壳在内部装药爆炸驱动下解体,破碎成不同大小、不同形状的破片向四周飞散。我们分别采用了考虑材料微观孔洞损伤的Gurson材料模型和服从Weibull分布的材料随机失效机制来模拟碎片产生的随机性。下面分别给出了二维和三维情况下破片产生的过程。

         

                            2D  Gurson                                        2D   Weibull

    

          

                          3D  Gurson                                       3D   Weibull

6. 机场跑道 

 

7. 圆筒试验

圆筒试验是美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室首创的,它是将炸药装在一根铜管中,然后在一端引爆炸药,以此可以直接比较炸药的动力学性能或推导爆轰的状态方程。本算例考虑四分之一模型,炸药采用JWL状态方程,圆筒采用线性强化弹塑性模型。

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圆筒试验结果动画

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