Autodyn陶瓷灭弧筒炮轰电弧分析
Autodyn陶瓷灭弧筒炮轰电弧分析
1、 项目介绍与目的
如下图，图中白色为一端开口一端封闭的陶瓷灭弧筒（长240mm）；红色的为TNT炸药（44g），形状高度为30mm的立方体块，内嵌于环形电极，炸药气体受空间约束只能往前面喷射；图中黑色为环形电极，电极嵌于陶瓷灭弧圆筒的内壁，形状与尺寸如下图所示：
2、技术路线
ANSYS AUTODYN是一款采用有限差分和有限元技术解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题显式程序。本次的炮轰电弧仿真是炸药、空气、陶瓷筒与电极等的相互耦合作用的过程，可以将炸药与空气区域的网格设定为欧拉网格，陶瓷筒与电极设定为拉格朗日网格，炸药封闭在陶瓷筒爆炸过程是个流固耦合的过程，在AUTODYN中可以实现直接的耦合。考虑到在AUTODYN中电弧不能真实建模，本次仿真采用的类似炸药的微弱能量的物质材料来定义，陶瓷筒与电极由于在炸药爆炸过程中，变形不大，可以采用刚性体来替代。
本次仿真采用的单位制：mm，mg，ms，m/s，mN，kPa，g/cm3，mJ
3、几何模型与有限元模型
4、材料模型
材料包含：刚性的陶瓷与电极，空气，炸药材料与假设的带有一定能力的电弧材料。
电弧假设材料模型与参数
5、 载荷边界条件
载荷边界条件包括陶瓷筒固定在空间内（约束所有的自由度），空气域的外边界均为自由流出边界。
6、计算结果分析
用于测定压力的高斯点如下图所示。
图 测量高斯点的分布位置
7、结论
由于不清楚电弧具有的能量特性，以及电弧能量对炮轰能量的影响，而且目前ANSYS AUTODYN还不能支持电弧的建模，因此模拟陶瓷筒内炮轰电弧压力场的分析研究中采用了两种分析方式，一是不考虑电弧炮轰分析，二是假设电弧炮轰分析。通过两者结果的对比分析可知：具有电弧能量的物质在炮轰分析中，对压力场的分布有一定的影响的，如下图，可见由于存在假设电弧能的影响，TNT炸药在爆炸过程对1号与2号高斯点的影响比较大，特别是2号高斯点，2号高斯点会承受两次的冲击，第一次压力峰值是炸药爆炸对2号高斯点的压力传播（此处可以看出，电弧对此处峰值的影响不大），第二次峰值是由于炸药爆炸对封闭端的冲击反弹导致的，而且反弹的冲击压力如果不考虑能量电弧的影响可以达到第一次峰值的2倍，如果考虑能量电弧的影响可以达到第一次峰值的4倍。
