ИСТИНА

Одной из актуальных задач противодействия терроризму является задача подавления действия взрыва в случае обнаружения взрывного устройства в местах скопления людей, на железнодорожном или воздушном транспорте, когда нет возможности или времени для гарантированного предотвращения взрыва. Для таких случаев разрабатываются специальные механические системы, призванные экранировать потенциально опасный объект с последующей эффективной ликвидацией. Основой действия таких систем является окружение взрывного устройства системой экранов, подавляющих взрывные волны путем поглощения их энергии и перевода в другие виды, а также оказание импульсного воздействия, приводящего к разрушению взрывного устройства до начала детонации. В рамках проекта разработаны математические модели и программы расчета на суперЭВМ быстропротекающих физико-химических процессов развития взрыва, формирования ударных волн, взаимодействия ударных волн с композиционными экранами, разрушения экранов и поглощения энергии ударных волн путем ее трансформации в энергию разрушения, а также ее тепловую и механическую диссипацию. Также было проведено исследование взаимодействие одиночного осколка с замкнутым контейнером, заполненным смесью несжимаемой жидкости и сильно сжимаемого газа. Получены результаты, позволяющие оценить степень торможения осколка и скорость преобразования кинетической энергии его движения в тепловую и механическую энергию окружающей среды.

В рамках общей задачи проекта - создания высокопроизводительных программных средств для проведения супервычислений в моделировании и прототипировании механических систем, подавляющих воздействие взрыва - в 2013 году проведена разработка математических моделей и программы расчета на суперЭВМ быстропротекающих физико-химических процессов развития взрыва, формирования ударных волн, взаимодействия ударных волн с композиционными экранами, разрушение экранов и поглощение энергии ударных волн путем ее трансформации в энергию разрушения, а также ее тепловую и механическую диссипацию. При воздействии на вещество сильной ударной волной, образовавшейся при детонации заряда конденсированного взрывчатого вещества (ВВ), перепады давлений настолько высоки и превосходят все пределы прочности материалов, что наиболее существенным фактором, управляющим динамикой деформирования вещества, оказывается его инерция. Именно поэтому даже деформация металлов под действием взрыва заряда конденсированного ВВ может быть рассмотрена в рамках модели идеальной жидкости. Поэтому в дальнейшем будем во многих случаях применять для расчета деформирования релаксационной среды модель жидкости с пузырьками газа (Рис. 1). При этом будем учитывать, что эффектами вязкости в областях больших градиентов скорости, например в окрестности сжимающейся полости, пренебрегать нельзя. Рассмотрим общую модель. Многоскоростной континуум представляет собой совокупность конечного числа континуумов, каждый из которых относится к своей составляющей (фазе или компоненте) смеси и заполняет один и тот же объем, занятый смесью. Это означает, что в такой теории фазы предполагаются изначально «размазанными» по всему пространству, и в каждой точке тем самым определяются локальные параметры для всех фаз такие, как плотность и скорость. Плотность фазы по определению равна массе фазы, заключенной в объеме смеси, т.е. она первично «размазана». Скорость смеси определяется как взвешенная по массе скорость фаз. Определяются также диффузионные скорости и диффузионные потоки. Следует заметить, что теория охватывает как многофазные, так и многокомпонентные системы; диффузия важна особенно для моделирования последних. В результате была построена механическая модель и предложена замкнутая система уравнений для описания динамических процессов, связанных с гашением сильных ударных волн в средах релаксационного типа, содержащих полости, заполненные материалом существенно меньшей плотности. 2. Также наряду с разработкой собственных кодов была произведена настройка универсального кода Логос на решение задач газодинамики горения. Программный комплекс Logos представляет собой инструмент для численного решения задач, связанных с течениями вязкого сжимаемого газа, разработанный РФЯЦ-ВНИИЭФ. Для решения задач применяются явные и неявные конечно-объёмные разностные методы и методы конечных элементов. Комплекс ориентирован на параллельные вычисления на супер-ЭВМ. Для распараллеливания задач используется стандарт MPI. В настоящее время ведется активное сотрудничество НИИСИ РАН, МГУ и ВНИИЭФ по доработке и расширению функциональности Логоса, в частности для моделирования развития взрыва и взаимодействия с элементами конструкций сложной геометрической структуры. В рамках этого сотрудничества в программный комплекс был внедрен модуль химической кинетики, позволяющий решать задачи, связанные горением, актуальные. Возникла необходимость проверить адекватность работы модуля химической кинетики, а также протестировать Логос с интегрированным в него кодом, реализующим горение. Результаты тестирования, начатого в 2012, можно разделить на три этапа. Первый этап – тестирование кинетического механизма отдельно от Логоса. На первом этапе были получены зависимости времени самовоспламенения смеси кислорода с водородом от давления при различных температурах, а также проведено сравнение с экспериментальными данными по той же проблематике. На втором этапе проводился тест Логоса уже со встроенным кинетическим механизмом на задаче горения в модельной камере сгорания. На третьем этапе были проведены тесты для задачи инициирования детонации в кислород-водородной смеси в закрытой цилиндрической камере сгорания для различных значений расчетных параметров, используемых в Логосе, а также было проведено сравнение результатов с имеющимся верификационным базисом. 3. Было проведено исследование взаимодействие одиночного осколка с замкнутым контейнером, заполненным смесью несжимаемой жидкости и сильно сжимаемого газа. Получены результаты, позволяющие оценить степень торможения осколка и скорость преобразования кинетической энергии его движения в тепловую и механическую энергию окружающей его среды.