3-84  球形炸药的水下爆炸场仿真

成  伟

水下爆炸过程是一个非常复杂的过程，大体上分为3个阶段：炸药的爆轰、冲击波的传播、气泡脉动。爆炸所产生的冲击波、气泡和脉动水流，都能使目标受到一定程度的破坏。在多数情况下，冲击波的破坏起着决定性的作用，脉动水流和气泡(爆轰产物)一般引起附加的破坏作用。

对于非球形装药，只要长宽比在1~6范围内，距离装药25r₀(r₀为装药半径)时，爆炸产物形成的气泡一般都接近于球形。因此，球形装药的水下爆炸场最具代表性。

在计算程序中，炸药采用高能炸药材料模型和JWL状态方程；水采用项式状态方程；空气采用多方指数状态方程。在计算中所采用的状态方程、本构关系、炸药反应产物参数均由试验测定，可以适应多物质的小尺度结构进行大尺度、大范围应力变化、大变形运动的复杂动态响应过程的计算。由于无限水介质中球形炸药的水下爆炸场为球对称问题，故可简化为1/8球体模型，中心红色区域为炸药，外围为水或空气，采用对称面约束，外边界为非反射边界。

TNT装药半径r₀＝0.1 m，密度为1.6´10³ kg/m³，装药量为6.7 kg，零时中心起爆。

根据库尔公式有p_m = 555(6.7/r^1/3)^1.13，当r＝0.5 m时，p_m＝248.6 MPa；当r＝1.0 m时，p_m＝113.6 MPa；当r＝1.5 m时，p_m＝71.8 MPa；当r＝2.0 m时，p_m＝51.9 MPa 。

图1所示的数值计算结果与上述结果比较接近，图1中A为距中心0.5 m；B为距中心1.0 m；C为距中心1.5 m；D为距中心2.0 m。如图2所示，装药表面的冲击波阵面压力为5.6 GPa，其中图2中A为装药中心压力；B为1/2装药半径压力；C为装药半径压力。冲击波在水中的传播速度开始较快，但很快衰减到与水中音速接近，后来渐渐衰减，但衰减的速度越来越慢，当距离装药一定距离之外，就可以用音速近似水中冲击波的传播。