【数值模拟】基于CEL方法的战斗部动爆对建筑目标毁伤效果数值模拟

引 言

在现代战争或恐怖袭击中，导弹能够瞬间对建筑物和人员造成巨大的破坏和伤害。理解和预测动爆战斗部对建筑结构的毁伤效果，对于提高军事设施的防御能力，保护人员的生命安全，具有重要的理论和实际意义。在此借助强大的工程模拟软件—Abaqus，采用了CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）方法，对相关案例进行了深入的数值模拟研究。

CEL方法描述

CEL 即耦合的欧拉-拉格朗日方法。这种方法结合了欧拉方法和拉格朗日方法的优点，既可以处理大变形问题，又可以精确模拟物质的流动和混合。在爆炸、冲击等极端条件下，CEL 方法能够有效地模拟物质的动态响应和毁伤过程。

战斗部动爆是指战斗部在高速运动状态下发生的爆炸现象。这种爆炸产生的冲击波具有瞬间、高压、高速等特点，能够对周围环境中的建筑物和人员造成严重的破坏和伤害。通过 CEL 方法的数值模拟，可以清晰地看到建筑物在冲击波作用下的变形、破裂和崩塌过程。

建立模型

建立典型建筑物目标及弹药几何模型，楼房为全模型，高度约为14.6 m，示意如图 1 所示。弹体简化为壳体和炸药(红色填充物)两部分，如图 2 所示。导弹末端速度设置为100m/s。为方便查看，隐去了空气域模型。由于爆炸点距离地面较远，因此将地面看作刚体以简化计算流程，设定战斗部与建筑物墙体碰撞后引爆。

图1 建筑物几何模型

图2 弹体几何模型

混凝土损伤塑性模型

炸药采用JWL状态方程描述，战斗部壳体参数参考了常见战斗部材料公开数据，混凝土采用常见的混凝土损伤塑性模型(CDP)，强度选择C30标准。CDP模型是通过将各向同性下损伤弹性与拉伸和压缩塑性相结合的方式来对混凝土的非弹性行为进行描述的，同时考虑了由于拉、压塑性应变导致的弹性刚度的退化，可用于模拟混凝土在任意荷载作用下的受力及破坏情况。

(a)导弹飞行过程

(b)导弹撞击瞬间引爆

（c）起爆0.004s

（d）起爆0.015s

（e）起爆0.03s(视角1)

（f）起爆0.03s(视角2)

图3 不同时刻建筑物毁伤状态

（a）导弹飞行过程

（b）起爆0.0005s

（c）起爆0.0025s

图4 不同时刻壳体破片分布展示

导弹打击毁伤典型建筑过程

(a)视角1

(b)视角2

图5 导弹打击毁伤典型建筑过程

图3为不同时刻的建筑物毁伤程度展示，图4为不同时刻弹体爆炸状态展示。通过本研究成功地利用CEL方法模拟了战斗部动爆下冲击波对建筑目标的毁伤效果，全过程可参考图5。这不仅验证了CEL方法在处理这类问题上的有效性，也为进一步的研究提供了重要的参考，我们期待未来在该领域的仿真研究能够取得更好的效果。

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