利用LS-DYNA的球心爆炸模拟

球壳结构作为一种常见的结构形式，被广泛应用于体育馆，储煤仓，核反应堆，科技馆等一系列重要的公共结构，如何采取合理的工程措施以减少恐怖爆炸袭击带来的危害，逐渐成为越来越多的工程师关注的问题。爆炸产生的冲击波特性研究包括炸药爆轰过程以及其相应的物理效应、爆炸的特点、能量释放以及冲击波荷载形成的机理。往往在真实的爆炸发生时，爆炸波的传播将受到周围障碍物的影响，变化的地形、周围建筑物的分布以及建筑本身的形状都将改变爆炸波的传播规律，从而使其对于结构作用的分布规律也变得比较复杂。特别是对于大跨空间结构，除了由于与起爆点与结构上各点之间距离不同导致爆炸产生的空气冲击波传递到结构表面存在时间差异外，由于大跨结构体型丰富的特点，还存在冲击波传播到达结构时在结构表面上发生反射以及绕射现象等问题。因此，使得大跨空间结构的爆炸问题的研究变得十分复杂，难以直接用从前的方法进行设计。因此，在当今复杂的社会形势下，如何进行结构的抗爆方面的防护设计正逐渐成为各国学者以及土木工程师关注的研究热点，而进行结构抗爆设计的首要问题就是要合理确定建筑物表面所遭受的爆炸荷载。数值模拟的方法不仅节省了爆炸实验所耗费的巨大成本，而且同时还解决了由于爆炸的强瞬时性带来的实验现象及实验过程难以观测和记录的问题。若应用LS-DYNA计算爆炸问题则可简便地获得爆炸流场和结构壁面爆炸载荷，是建筑结构抗爆问题研究的一种有力工具；从某种程度上来讲，数值模拟可以极大地丰富爆炸问题的各种数据，使从前在试验中难以操作的问题得以实现。本文将利用ANSYS/LS-DYNA对球壳结构进行爆炸载荷下的数值仿真。

利用ANSYS作为前处理软件建立带有球壳结构的爆炸有限元模型，如下图所示，模型中包含炸药、空气结构，设置炸药位于球壳结构的中心。由于模型的整体尺寸较大，完全建模单元数将十分巨大，加之炸药位于中心起爆，根据结构力学的对称条件，可以将此模型简化为1/8进行建模。本文分别建立炸药和空气的实体模型，按照各PART的节点相对应划分网格，并把炸药和空气的对应节点合并在一起，这种方法的优点是直观。

炸药采用*MAT-HIGH-EXPLOSIVE BURN材料模型和*EOS-JWL状态方程，空气采用*MAT-NULL 材料模型和线性多项式状态方程*EOS LINEAR-POLYNOMIAL，具体参数设置如下：

结果分析：

通过著名显式动力学分析软件LS-DYNA对半自由空气中地面爆炸的问题进行模拟，计算结果与客观物理现象吻合较好。证明了建立的模型以及方法可以很好的应用于球壳结构的爆炸问题模拟。