【摘 要】
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显式有限元方法是目前进行不同介质中炸药爆炸及爆轰波传播数值计算的主要方法.在此类研究中,通常需对爆源区设置高密度网格以捕捉爆炸过程中的高频成分.然而,对于大当量爆炸荷载作用下中远场地结构动力反应问题,即使在爆源-介质-目标整体模型中设置过渡网格,由于显式计算的时间步长受近爆源区域的最小网格尺寸控制,计算效率依然较低.鉴于此,提出一种基于爆源子结构的多尺度分析方法,该方法首先对近爆源区域自由波场进行分解,通过人工边界子结构的动力分析,将近爆源小尺度模型中的自由波场运动转化为大尺度模型中的等效爆炸荷载,从而完
【机 构】
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清华大学土木工程系,北京100084;军事科学院国防工程研究院,北京100036;清华大学土木工程系,北京100084;军事科学院国防工程研究院,北京100036
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显式有限元方法是目前进行不同介质中炸药爆炸及爆轰波传播数值计算的主要方法.在此类研究中,通常需对爆源区设置高密度网格以捕捉爆炸过程中的高频成分.然而,对于大当量爆炸荷载作用下中远场地结构动力反应问题,即使在爆源-介质-目标整体模型中设置过渡网格,由于显式计算的时间步长受近爆源区域的最小网格尺寸控制,计算效率依然较低.鉴于此,提出一种基于爆源子结构的多尺度分析方法,该方法首先对近爆源区域自由波场进行分解,通过人工边界子结构的动力分析,将近爆源小尺度模型中的自由波场运动转化为大尺度模型中的等效爆炸荷载,从而完成爆炸问题的多尺度计算分析.提出的多尺度分析方法通过爆源子结构进行爆炸荷载的转化,避免了采用不规则形状单元的传统网格过渡方式,既降低了建模难度,又保证了计算精度,具有较强的实用性.此外,对于给定炸药当量的情况,通过该多尺度方法计算得到的等效爆炸荷载可作为标准荷载,在不同地下结构模型中重复使用,节省大量计算时间.通过均匀半空间自由场算例和成层半空间自由场算例验证了多尺度方法的可靠性.与整体模型方法相比,多尺度方法在保证计算精度的前提下,单元数量和计算耗时均大幅降低,计算效率优势明显.
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