石油射孔弹爆轰波相互作用数值模拟分析

采用动力学有限元方法,以某型号的射孔弹为例,对两发射孔弹的顺序起爆、爆轰波的相互作用效应进行数值模拟,得到相互干扰对聚能射流的影响规律,从而为提高射孔效率提供一定技术支持.     

完井射孔三维有限元模拟

采用LS-DYNA3D有限元分析软件ALE算法,对油气井射孔弹的爆炸成形过程及射流侵彻套管及岩层过程进行了模拟计算. 计算给出了射流形成过程、射流速度分布曲线、药型罩动能随时间的变化曲线. 计算中射孔弹发生侵彻的时间是14 μs,射流头部最大速度达到5 558 m/s,药型罩动能为5 300 J. 通过LS-DYNA中失效应变的定义实现混凝土及岩层的破碎情况,计算发现射流侵彻能力随着混凝土及岩层靶板失效应变的增大而降低;失效应变越大则消耗射流能量越大.     

射孔弹侵彻套管三维有限元模拟

采用有限元分析软件AUTODYN,对油田使用的Y1201射孔弹的爆轰压垮药型罩过程和射流侵彻套管过程进行了模拟计算。爆轰材料采用JWL模型;侵彻过程材料破坏采用Von Mises屈服应力准则。计算给出了射流形成过程、射流的速度分布曲线、药型罩动能随时间变化曲线。射孔弹发生侵彻的时间是13μs;射流侵彻后的速度为3 992 m/s;药型罩动能随时间变化,在15 s时,药型罩动能达到最大值,为1.24×107 J,在20μs时,动能降低到一个稳定值,为1.2×107 J。     

国内、外石油射孔弹发展概述

本文对国内外石油射孔弹的历史发展、现状及未来发展方向三方面进行了总结分析。系统的概述了石油射孔弹的工作原理、组成结构、已有产品性能分析和生产、使用过程中一些可能出现的问题等方面的内容。文中通过对一些已有产品的分析,可以全面精简的了解到这一产品的全貌。     

射孔弹爆炸作用下射孔枪动态响应的数值仿真

射孔作业时射孔管柱的爆炸冲击动力学响应成为油、套管柱系统振动、变形乃至损伤的主要原因. 为研究射孔枪内爆炸冲击波加载规律以及尤其引发的管柱动力学响应规律,建立包含一枚射孔弹的射孔系统有限元模型进行数值计算. 所得数值计算测点应变值与地面试验数据相对误差不超过10%. 进一步分析发现:射孔弹爆炸加载过程中射流冲击作用效果最为显著;射孔弹壳体对爆炸产物的约束作能够有效降低爆炸冲击对枪管的加载(损伤);相邻射孔弹爆炸冲击将会在弹间交汇、叠加,耦合结果与相位、弹间距相关.     

多向线性聚能切割弹的研究与应用

针对油气井、矿井卡钻问题,设计一种多向线性聚能切割弹,其结构特点是:圆柱形炸药的四周均匀布置12根空心铜管.采用LS-DYNA程序中的Lagrange算法对该切割弹的爆炸作用原理及侵彻钢管过程进行数值模拟研究,并将计算结果与实验相比较.数值模拟结果表明:12根铜管在爆轰压力作用下形成12股金属射流刀以及伴随其运动的杵体和“尾翼”,12股射流刀分别沿着炸药及12根铜管的中轴线形成的12个平面(各平面之间夹角为30°)向四周运动,其头部速度高达3 530 m/s,杵体速度约1 180m/s;钢管首先受到爆轰产物的作用发生膨胀和断裂破坏,然后受到12股射流刀的侵彻作用(侵彻速度约2 550 m/s),最终在钢管上形成12条切缝.数值模拟得到的钢管切割变形效果及切缝数量与实验结果十分吻合,所设计的切割弹在处理某铜矿300 m深度的钻井卡钻事故中得到成功应用,与目前常用的切割弹相比装药量减少了80％以上,成本降低至少50％,且具有结构简单、加工方便的特点.数值模拟、实验及工程实践结果表明:该切割弹结构设计合理,切割效果理想,大大提高了能量利用效率和安全性.     

线型聚能装药射流形成过程的数值模拟

聚能射流形式过程的研究对于正确认识射流侵彻理论具有重要的意义。根据线型聚能药的结构特点,利用DYNA3D显式有限元程序对线型聚能射流的形成过程进行了数值模拟。模型探讨了线型聚能装药爆炸的诸多重要物理特性,如药型罩的压垮、射流形成和拉伸以及体杵体的“体缩”现象。还分析了线型聚能射流形成过程中速度、密度、温度等参数的分布特性,得出了射流有逆向速度梯度和杵体存在“体缩”现象听结论,其结果与现有的理论分成果基本一致。     

SDP45型射孔弹射流有限元模拟分析

采用有限元分析软件AUTODYN,对油田使用的Y1201射孔弹的爆轰压垮药型罩过程和射流侵彻套管过程进行了模拟计算。爆轰材料采用JWL模型;侵彻过程材料破坏采用Von Mises屈服应力准则。计算给出了射流形成过程、射流的速度分布曲线、药型罩动能随时间变化曲线。射流的最大速度为7 962 m/s;药型罩动能随时间变化,在6μs时,药型罩动能达到最大值,为1.8×107 J,之后动能降低到一个稳定值,为1.5×107 J。     

基于FEM/SPH算法的管壁效应对聚能射流影响的数值模拟

基于LS-DYNA 3D软件,应用SPH/FEM算法对聚能射流侵彻不同内径管状装甲的过程进行数值模拟。研究发现金属射流穿过装甲管时,部分射流粒子从主体逃逸;逃逸粒子飞溅至管壁后在管壁效应作用下,粒子向心反弹或沿管壁做向心运动,对后续射流产生持续干扰,使其失稳和断裂降低侵彻能力。对比同等厚度及间隙的双层靶板,发现管状装甲对射流的干扰明显优于间隙靶板。对比不同管径情况下逃逸粒子的飞散现象,射流的剩余动能及对后效靶的剩余穿深。结果表明:当管径在10~20 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐增强;在20~30 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐减弱,管径为20 mm时装甲管对聚能射流的干扰能力最强。得出的规律可以为管状装甲的优化和设计提供一定的参考。     

对射孔弹除尘方式的研究与分析

本文通过对国内外除尘方式的研究和对射孔弹表面浮药除尘方式的现状分析,初步判断出对射孔弹合适的除尘方式,以达到除尘和浮药收集处理的目的,为后续研究的高效、快捷、环保的射孔弹自动除尘装置的具体设计提供研究依据,并总结了存在的问题及有待解决的问题。     

三种聚能装药结构形成射流的对比分析

为了对比不同聚能装药结构形成射流的特性,应用改进的PER理论模型,结合Autodyn有限元软件,理论和数值模拟研究了单锥罩、带隔板单锥罩和带隔板偏心亚半球罩三种装药结构的射流成型过程。计算了药型罩绝对压垮速度、绝对偏转角、压垮角、射流速度、射流质量等成型参数,获得了三种装药结构形成射流的形状。结果表明,带隔板偏心亚半球罩形成射流效果最佳,其质量堆积点位置降低了约20%,射流质量占药型罩质量提高了12.2%。数值模拟与理论计算结果吻合较好,研究结果为聚能装药战斗部的设计提供参考。     

聚能射流形成及破甲过程的数值模拟分析

通过有限元显式动力分析软件的显式算法,对工程普遍使用的某一型号石油射孔弹装药爆破的聚能射流形成过程和对射孔枪壁的侵彻作用进行了数值模拟,对其模拟结果进行了讨论.分析了与破甲深度密切相关的炸高参数的特性.计算结果与射孔枪聚能射流形成及破甲的物理现象和规律相吻合,说明该计算模型和模拟方法合理、可行,可用于聚能装药的优化设计,对石油射孔弹生产及科研有一定的作用.     

用ALE方法实现射流侵彻靶板的三维数值模拟

为了给一些非轴对称成型装药的设计提供一种有效的计算手段,需要对射流侵彻靶板进行三维数值模拟。采用软件ＬＳ－ＤＹＮＡ中的ＡｒｂｉｔｒａｒｙＬａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ描述法。成功地实现了切割器射流器射流切割靶板的三维数值模拟,计算结果与实验吻合。     

聚能射流问题的数值模拟

基于多物质流体的Euler算法，用面向对象的C 语言自行编制了M-MMIC通用多物质二维流体弹塑性程序，对锥形聚能装药形成过程进行了数值模拟，并用VISC2D可视化软件对射流的形成过程进行动画演示，计算结果符合聚能射流形成的物理现象和规律，说明该物理模型和数值算法比较合理，可用于指导聚能破甲战斗部的工程设计。     

可编程控制器在射孔弹压装系统中的应用

从可编程控制器的选型原则、系统设计、编程方法和安装调试等几方面阐述了可编程控制器在射孔弹压装系统中的应用,系统实现了自动化,提高了系统的稳定性、安全性和生产效率.     

聚能射流引爆炸药的数值模拟研究

采用显式有限元程序对聚能射流引爆裸露和带壳装药的过程进行了数值模拟分析。分析了射流引爆裸露装药和带壳装药两者间的不同作用过程,对射流引爆炸药的现象进行了探讨。结果表明,聚能射流引爆裸露装药取决于射流本身特性参数,而引爆带壳装药则与壳体性质密切相关。     

起爆方式对聚能射流性能影响的数值分析

应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对聚能装药在点起爆、面起爆、正向环形起爆和逆向环形起爆等不同起爆方式下的射流形成过程进行了三维数值模拟.计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响;不同的起爆方式在装药中产生不同的爆轰波形,当爆轰波波形与药型罩外表面越接近时,罩微元的压垮速度越高,导致射流头部速度越高;环形起爆形成的射流头部速度高于面起爆的,面起爆高于点起爆的,并且随着起爆直径的增大,面起爆与环形起爆所形成的射流头部速度逐渐增大.     

线型聚能装药射流形成及侵彻钢板的数值模拟

利用LS-DYNA对线型聚能装药射流的形成和侵彻钢板的过程进行了数值模拟,通过其结果与现有实验结果进行对比表明LS-DYNA程序可用于线型聚能装药的优化设计。     

小口径聚能装药对反应装甲引爆效应数值模拟

基于AUTODYN-2D非线性动力学分析平台,对小口径聚能装药引爆典型爆炸反应装甲的力学和化学作用行为进行了数值模拟,得到了装药口径、药型罩锥角、药型罩壁厚和炸高对射流头部速度和起爆参量的影响规律.通过对射流作用爆炸反应装甲的引爆现象和夹层炸药中各点处压力变化进行特性分析,提出了综合判定爆炸反应装甲夹层炸药是否起爆的有效方法.研究结果为反坦克串联聚能战斗部前级装药设计提供参考.