基于PBM算法的冲击波载荷数值模拟研究

张绍彦，王显会，彭 兵，孙魁远，沙康康，谢 渊

(南京理工大学 机械工程学院，南京 210094)

1 引言

近年来，军用战术车辆在战场上面对来自地雷的威胁日益增加，爆炸产生的冲击波载荷会对装甲车辆和乘员造成严重伤害[1]，开展装甲车辆抗爆分析、设计与防护日益成为关注的热点问题。爆炸试验具有高成本、耗时等特点，因此数值模拟方法被广泛应用于爆炸载荷的研究。

目前，多材料任意拉格朗日-欧拉(MM-ALE)算法结合流固耦合(FSI)算法模拟爆炸冲击波传播是公认的模拟爆炸的方法，国内外学者也对ALE算法可靠性进行了大量研究[2-4]。该方法兼具了Lagrange算法与Euler算法的优点，对于固体材料，允许节点和材料共同运动、变形；而对于流体材料，网格节点固定不变[5]。该方法能够处理网格畸变问题，可以更加精确地描述结构之间接触滑移面，但是在地雷爆炸情况下，高能炸药通常埋藏在土壤中，土壤与结构物相互作用的影响不容忽视[6-8]。为了提高ALE算法模拟结果的准确性，一般需要建立大量的空气和土壤单元，会造成计算效率低下，同时，拉格朗日-欧拉算法中的接触问题极易造成计算的不稳定。

因此，国内外学者开发了基于粒子的算法来提高计算效率与稳定性[9-11]，如光滑粒子法(SPH)、粒子爆炸法(PBM)和离散元法(DEM)等。李利莎等[12]运用ALE和SPH两种算法对炸药在钢筋混凝土板表面爆炸进行了模拟分析，对比分析了2种算法的优缺点，发现SPH算法可以更为逼真地模拟爆轰效果并且可以有效地防止能量泄漏。……