Ls Dyna经典案例：聚能射流三维模拟分析

1.      引言

在油气井完井工程中，高能炸 药爆炸形成射流，射穿油气井套管壁、水泥环及部分地层，从而形成油气层和井筒之间油气通道，这个过程称为射孔。油气井射孔质量的好坏对完井工程及石油开采具有重要意义，直接影响到日后油气产量。在射孔技术方面深入研究射孔机理、提出提高射孔质量的解决方案，进而极高油气开采效率具有必要重要的工程意义。

射孔qiang起爆时产生的巨大爆轰波向井筒内释放，这部分爆轰波会推动管柱向上强烈冲击振动。三联作管柱连接了封隔器等井下工具，因此加剧了对射孔管柱的冲击作用，特别是井底口袋短、大装药长射孔厚度、短射孔管柱等特殊条件同时具备的射孔施工井，这样的井况条件下，射孔瞬间会在井筒内形成极强的综合动态载荷，可能使射孔管柱出现整体屈曲状态，甚至造成射孔管柱断裂。因此射孔爆轰波作用下射孔管柱抗拉强度的分析评价极为重要。

2. 几何模型建立

在proe中建立几何模型，保存为sat格式导入到hypermesh中进行网格划分。建立1/4模型，因为模型导入并不能直接映射网格划分，因此对模型进行必要的切分，其中最难的部分属于射孔弹模型的网格划分。

射孔弹模型经过切割后如下图所示：

之后采用solidmap命令对切分的模型进行网格划分，划分后的网格如下图所示，外壳采用拉格朗日算法，zhayao和药罩采用ale算法：

射孔弹网格模型

对壳体进行切分，切分后如下图所示，之后通过solidmap对模型进行映射网格划分：

壳体切分示意图

壳体网格示意图

整个模型的网格如下图所示：

模型网格示意图

3. 模型关键字信息

其中zhayao，药罩，液体采用ale算法，壳体，射孔弹外壳采用lag算法。各部件采用的材料模型及状态方程如下表所示：

除此之外还用到一下关键字：

*KEYWORD

*CONTROL_TERMINATION

*CONTROL_TIMESTEP

*CONTROL_ENERGY

*CONTROL_ALE

*DATABASE_BINARY_D3PLOT

*DATABASE_EXTENT_BINARY

*DATABASE_FORMAT

*END

流固耦合的定义

*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID

*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP

起爆设置

*INITIAL_DETONATION完成zhayao起爆点和起爆时间的谁的那个

边界条件：

*BOUNDARY_SPC_SET联合*SET_NODE_LIST完成对称边界以及约束的设定

*BOUNDARY_NON_REFLECTING联合*SET_SEGMENT完成无反射边界设定.

4. 聚能射流模拟结果——应力云图

总结：本文通过采用hypermesh联合ansyslsdyna对三维聚能射流进行了模拟，讲解了网格划分的形式，流固耦合定义等以及对关键字进行了大概的说明，以往聚能射流模拟大部分是采用的二维或者三维平面模拟，本文采用的是圆管立体结构，在模拟难度上相对二维或者三维平面要复杂很多。

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