MatDEM5.0钻地弹侵彻与爆破数值模拟|第十次培训案例

前阵，伊朗核设施遭钻地弹打击。钻地弹利用弹头极高的末端速度所产生的强大动能撞开地表面，钻入地下打击地下设施。离散元法可以很有效地模拟这一过程。

在第十次“离散元法与MatDEM技术培训”中，将分享user_ MissileExplosion案例。如以下动图所示，该案例模拟了钻地弹从空中到接触岩石地面侵彻与到达起爆点爆破的全过程。采用笔记本电脑（4060显卡），计算耗时约80分钟，模拟真实世界0.5秒钟。

图1 钻地弹侵彻与爆破数值模拟（二维）

与常规的案例相同，该案例包括三个命令文件，分别实现颗粒堆积，切割模型和赋材料，以及数值模拟。图2为通过颗粒堆积得到的块体，以及钻地弹模型，对其赋以常规的土体力学性质。

图2 堆积模型

钻地弹破坏的目标通常包含地下工程结构，因此我们需要在地下挖出一个巷道，巷道需要设置支护衬砌来保障通常情况下岩石不会破碎向下进入到巷道之内。巷道一般是由一个矩形及一个半圆弧顶组成。在离散元中，将颗粒筛选出来之后删除颗粒，在区域内生成由多层颗粒组成的巷道。

随后便是给导弹设置初速度，随后开始模拟，设置钻地弹的引信起爆方式，可以选择设置为当速度降低到一定程度后进行引爆，也可设置为到达一定深度后即引爆。钻地弹初速度可设置几百米至几千米每秒。

钻地弹即接触到岩石地表。随后开始以高速动能侵彻撞碎破坏岩石，产生应力波向四周传播。随后应力波和钻地弹持续向下。钻地弹还在向下的过程中，应力波已经先于钻地弹到达洞室，可能会使得洞室产生震动，发生破坏。

图3 钻地弹侵彻

随后的过程中，钻地弹到达预定起爆深度，开始爆炸。爆炸的瞬间产生巨大的应力波，应力波的速度以及强度远远高于钻地弹侵彻产生的应力波。爆炸应力波传递到洞室时，瞬间使得洞室支护产生破坏变形，岩石破碎向下涌入洞室内部。

图4 钻地弹不同起爆时序图5 钻地弹完全爆炸

在二维模型中，爆炸范围为直接的球形切面，是距离爆炸最近的地方。如果采用三维模型模拟则可以看到远端的情况，但由于三维模型中计算量的限制，其精度也会比二维小。

图6 三维模型剖面图  

   

     

图7 模拟结果      

以上为模型沿X轴Y轴的剖面，该剖面的优势为能够看到钻地弹侵入爆炸的剖面，以及能够看到地下洞室的剖面及其破坏过程。此数值模拟在笔记本电脑上完成，使用高性能服务器可完成5~10倍单元的数值模拟（约500万单元）。以上图件和动画均由MatDEM自动生成。   

 图8 钻地弹侵彻与爆破数值模拟(三维)