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。     

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。     

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.     

基于SPH方法的不同材质射流毁伤性能研究

为研究不同材质射流的毁伤性能,使用AUTODYN有限元软件,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对Cu、PTFE、PTFE-Cu三种材料药型罩形成射流的成型及侵彻靶板过程进行了数值仿真,并通过实验进行验证.研究结果表明:Cu材料药型罩在爆轰波的作用下形成凝聚的射流,而PTFE和PTFE-Cu材料药型罩则形成飞散的粒子流;三种材料射流侵彻靶板过程中,Cu射流头部速度最低,侵彻深度最深,开孔最小;PTFE粒子流头部速度最高,侵彻深度最浅,开孔大小居中;PTFE-Cu射流的头部速度和侵彻深度都居中,而开孔最大;PTFE-Cu射流克服了PTFE射流侵彻性能不足的缺点,其开孔能力较之铜射流有所提高.      

切分药型罩对射流形成及其侵彻能力影响的数值模拟研究

本研究采用数值模拟的方法研究了按不同比例(1:1、2:1、3:1)切分药型罩在爆轰波的驱动下射流的形成过程、形状、头尾部速度、射流的拉伸长度和射流的断裂时间及其对钢靶板的侵彻能力;并与未切分的完整药型罩的射流形成过程及侵彻能力进行比较。最后采用经验计算公式根据射流的头尾部速度计算了射流的侵彻深度。结果表明药型罩经过切分后有利于减小射流的杵体和速度梯度,增加射流的拉伸长度,有利于增强射流的侵彻效果。在本研究范围内切分比例为1/1的药型罩形成的射流最佳。     

石油射孔弹聚能效应的三维数值分析

建立某型号石油射孔弹的三维有限元模型,运用LS-DYNA对射孔弹装药起爆后,炸药爆轰及射流的形成、延续和断裂过程做了详细的模拟分析,得到了全过程射流压力、速度等参数的变化情况. 结果显示,本型号射孔弹射流完全形成历时33.997 μs,此时间段内,每时刻药型罩材料上的最大压力处是射流形成的源头;在射流最大压力值开始衰减后,射流的最大速度也不再增加;射流断裂的主要原因是射流速度梯度的存在导致射流微元之间产生了相对位移.     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

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.     

不同材料模型药型罩数值仿真结果对比

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较。在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真。对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小。     

不同材料模型的药型罩对仿真结果的影响

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较.在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真.对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小.