烟花爆竹仿真：一场虚拟的烟火盛宴

春节怎能离开烟花爆竹，今天我们分享一下北京理工大学闫沛毓同学的研究成果——《球形礼花弹开包数值模拟研究》。

首先闫同学构建了一个礼花弹简化模型

选取空气的计算区域为 2m×2m。礼花弹位于区域的正中心，内径为 70mm，礼花弹弹壳厚度为 10mm，选用二维全模型进行数值模拟。空气采用多物质的Euler方法，计算单元选用矩形网格，礼花弹壳体采用Lagrange法，计算单元采用四边形网格。

利用AUTODYN软件，求解不定常可压缩的理想流体力学方程以及相应化学反应方程，得到了弹壳破坏的过程。

显然，上面的模拟更像是气球被吹爆的过程，完全看不出礼花弹的特点来。实际上的礼花弹内部是这个样子的：

一个个的黑球球叫“星体”，是礼花弹之所以五颜六色的关键。具体原因是由于星体内包含有不同的金属元素。

于是我们的闫同学搬出LS-DYNA，建立了带星体的三维礼花弹模型。

礼花弹壳体采用理想弹塑性模型，建设星体在礼花弹开包过程中没有发生热交换，没有变形，当做刚性小球处理。星体与球壳之间采用自动面-面接触来模拟相互之间的碰撞。计算结果如下。

看起来还是挺酷炫的。

当然，我们这里只截取研究中很少的一部分内容，原论文中还包括许多参数的测定、理论分析、规律性分析、实验验证等。

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