Autodyn陶瓷灭弧筒炮轰电弧仿真分析

1、 项目介绍与目的

如下图，图中白色为一端开口一端封闭的陶瓷灭弧筒（长240mm）；红色的为TNT炸药（44g），形状高度为30mm的立方体块，内嵌于环形电极，炸药气体受空间约束只能往前面喷射；图中黑色为环形电极，电极嵌于陶瓷灭弧圆筒的内壁，形状与尺寸如下图所示：

仿真的目的：

1）使用带有微软能量的物质模拟电弧从0慢慢增长的过程，电弧终端接在环形电极上，当电弧到达电极时，底部的炸药开始爆炸，将电弧喷出；

2）从炸药爆炸开始，测定环形电极上的压力分布；

3）爆炸冲击波在陶瓷灭弧筒内的压力随时间变化曲线与筒口处的冲击波压力随时间变化曲线。

2、技术路线

ANSYS AUTODYN是一款采用有限差分和有限元技术解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题显式程序。本次的炮轰电弧仿真是炸药、空气、陶瓷筒与电极等的相互耦合作用的过程，可以将炸药与空气区域的网格设定为欧拉网格，陶瓷筒与电极设定为拉格朗日网格，炸药封闭在陶瓷筒爆炸过程是个流固耦合的过程，在AUTODYN中可以实现直接的耦合。考虑到在AUTODYN中电弧不能真实建模，本次仿真采用的类似炸药的微弱能量的物质材料来定义，陶瓷筒与电极由于在炸药爆炸过程中，变形不大，可以采用刚性体来替代。

本次仿真采用的单位制：mm，mg，ms，m/s，mN，kPa，g/cm3，mJ

3、几何模型与有限元模型

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