爆炸模拟简介

图1 爆炸冲击波

Abaqus可以用于模拟各种不同类型的爆炸，因此适用的应用场景也很广泛。以下是几种常见的应用场景：

1. 安全评估和设计：工业安全评估和设计中需要对可能出现的爆炸场景进行模拟分析，以确定安全措施和处理方式。

2. 军事应用：模拟爆炸可以用于分析弹药、炮弹、导弹、炸弹等的爆炸效应以及装甲车辆、飞机、船舶等的抗爆性能。

   

   图2 鱼雷爆炸
   

3. 工程设计：对于需要承受爆炸冲击的产品或结构，如建筑物、桥梁、油罐、气体罐等，模拟爆炸可以用于评估其结构强度、稳定性和耐久性等。

   
   

爆炸按初始能量分为三种类型：化学爆炸、物理爆炸和核爆炸。各种类型的爆炸都可能造成同样严重的破坏和危害，对周围的人、大气和基础设施造成无法预料的影响。因此，了解不同类型的爆炸及其发生原因至关重要。爆炸性物质或装置具有快速产生大量能量的潜力，达到极高的温度。这种巨大的能量是由在化学、物理或核材料中发生的反应引起的。

化学爆炸：化学爆炸是由分解或结合反应引起的，这两种都是放热反应。因此，释放的气体的快速扩张形成了冲击波。有两种化学炸药：高阶炸药和低阶炸药。

• 高阶炸药：这些炸药产生破坏性的冲击波，如炸药。

• 低阶炸药：这些炸药没有高阶炸药（例如火药）产生的过度压力波。

物理爆炸：物理爆炸需要一个既不是化学也不是核能的物理反应。物理爆炸涉及在容器内的高压气体超出容器的张力极限，导致容器炸裂以释放压力。内容物的释放会产生冲击波。如果存储在该容器中的物质易燃，火灾将会引发。

核爆炸：核爆炸是由聚变或裂变反应引起的，释放大量热和气体。释放的能量会使周围的空气升温并产生冲击波。在核弹中，聚变和裂变反应被用于这些过程中。核爆炸释放辐射和放射性残留物，对周围地区的居民造成严重危害。核爆炸因此可以有意组织地造成伤害和破坏周围地区人的生活。

图3 远场爆炸和近场爆炸试验

爆炸按载荷形式可分为远场爆炸和近场爆炸。图3展示了这两种情况的高速摄影图像和示意图。远场是指由炸药产生的火球的最大半径小于炸药到结构的最小距离。当靶距大于炸药药量半径的10-20倍时，通常认为发生远场。这两种条件之间的主要区别是对靶板产生作用的压力波的性质。在远场条件下产生的冲击波在到达目标板时将形成一个平面前缘。近场条件目标物受到冲击波的压力负载同时受到火球的影响。由于目标物距离较近，当冲击波到达目标物时，冲击波的前缘可能为非平面（即曲线形状），导致目标受载表面上的压力分布不均。

图4 层合板受爆炸冲击波后的变形

【1】Finite element modelling of the explosive blast response of carbon fibre-polymer laminates.