射流速度及套管应力的ALE三维仿真分析

聚能射孔是包括炸药爆轰、药型罩压垮形成射流、射流侵彻射孔枪和套管的复杂动态过程,包含能量、质量、速度、变形之间的转化和平衡.本文应用LS-DYNA软件,建立射孔弹-射孔枪-套管三维模型,应用ALE算子分离算法,每一迭代步分为两阶段,先执行网格随物质运动的拉格朗日算法,再执行穿过单元边界的质量、内能和动量的欧拉映射算法,实现爆轰过程、药型罩固流转化、射流高速侵彻套管的大变形和流固耦合仿真,分析爆轰波叠加对能量、密度、射流速度和套管强度影响.一枚射孔弹射孔时,总能量转化为金属射流能量的转换率为13.1%,三枚时为23.1%,爆轰波叠加引起射流转化能量增强.三枚的射流总能量达到133 kJ,超过三个单枚之和75 kJ的77.3%,说明爆轰波重叠使得爆轰产物对射流能量有持续补充作用,对提高孔深有利.射孔弹增加,射流平均能量增大,爆轰产物平均能量减小,但射流和爆轰产物总能量增大,说明弹间的相互作用强烈,爆轰更彻底,对提高孔深有利.三枚较一枚射孔弹射穿套管的时间提前了8μs,最大应力增加了260 MPa,三枚射孔弹时,套管应力值超过材料屈服强度范围较单枚增加了2.5 mm的圆环,爆轰重叠区域中心的套管应力为965 MPa,较单枚时的226 MPa提高了739 MPa,说明爆轰波弹间叠加加重了对套管的伤害.本文实现了射流形成机理、能量和速度转化和射流侵彻过程的流固耦合动态力学分析,搞清了爆轰波叠加对能量、密度、射流速度和套管强度的影响规律.