钢箱内部爆炸破坏的SPH 数值模拟*

强洪夫，孙新亚，王 广，黄拳章

（火箭军工程大学，陕西 西安 710025）

桥梁是公路、铁路等交通网的咽喉。为了减小恒载，对斜拉桥、悬索桥等大跨度桥广泛采用钢箱梁作其结构支撑的主梁。随着恐怖袭击的不断演化，战略性桥梁成为恐怖主义爆炸破坏的重点目标，因此，有必要对钢箱结构内部爆炸过程中钢箱的变形规律进行研究[1-4]。Tang 等[5]运用LS-DYNA 软件研究了汽车炸弹爆炸冲击作用下桥塔、桥墩、桥面结构的局部破坏模式；姚术健等[2,6]通过实验，研究了钢箱内部爆炸过程中内壁失效变形的模式, 并利用ANSYS 软件分析了箱体的损伤特性。钢箱内部爆炸相比外部爆炸而言，爆炸冲击波在约束空间内多次反射、叠加、汇聚，该物理过程相当复杂，目前的研究大多局限于爆炸过程中钢箱变形的宏观现象。光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)作为一种无网格的粒子方法，因其在计算过程中可避免网格重分和算法耦合，被广泛用于研究爆炸冲击问题。自Monaghan 等[7]修正的人工黏度解决了SPH 计算结果的非物理震荡问题后，强洪夫等[8]、Qiang 等[9]和Liu 等[10]利用该方法对爆炸冲击波冲击钢板的过程成功地进行了数值模拟。本文中，拟利用自编的SPH 程序对钢箱内部爆炸过程进行数值模拟，并与实验对比，验证SPH 算法在模拟钢箱内部爆炸问题上的有效性；分析爆炸过程中钢箱表面压力、应力波的传播规律以及特定点处速度变化趋势；得到钢箱表面的von Mises 应力分布；进一步对钢箱内不同位置爆炸的过程进行数值模拟，得到不同工况下钢箱的失效变形模式，以期通过研究为钢箱类结构的爆炸毁伤提供一种评估方法。……