Preliminary concept of numerical modelling of combustion process for gunpowder using LS-DYNA code

In this paper the preliminary concept of numerical modelling of combustion process for gunpowder is presented. Such new computational methods like finite element analysis gave us opportunity to simulate such energetic and high-frequency process like pressure wave generation caused by chemical reaction. The main product of this process is a blast wave, which interacts at the first stage with surrounding (bullet and shell) and finally impel a bullet movement. In the considered case, the detonation product from gunpowder burning couple "produced" gas in Eulerian domain with the barrel-bullet system described in Lagrangian domain. In the performed analysis, the authors noticed some unwanted effects like asymmetry, which is probably related with the finite element mesh and computational errors. In the next conducting investigations some optimisation procedures related with a bullet movement in a barrel will be employed. The successful solution of such complicated problem like a proper simulation of the internal ballistic phenomena with taking into account all dynamic effects can significantly improve the problem of shooting accuracy. The initial calculations were performed using LS-Dyna code. At this stage the presented results have a qualitative character.

W pracy omówiono koncepcję symulacji komputerowej spalania materiału wybuchowego miotającego w układzie lufa- nabój. Takie nowoczesne sposoby obliczeniowe, oparte na metodzie elementów skończonych mogą dostarczyć możliwości symulacji szybkozmiennych procesów energetycznych wynikających ze zamiany energii chemicznej prochu na ciśnienie gazów prochowych i w konsekwencji w energię kinetyczną pocisku. Okazuje się, że zamodelowanie wytwarzania produktów spalania materiału miotającego jest zadaniem trudnym. W takich ekstremalnych warunkach charakter współpracy obu ciał może być obarczony np. brakiem symetrii wynikającym między innymi z asymetrycznego rozkładu ciśnienia produktów spalania materiałów miotających. W przypadku modelu dyskretnego koncepcja ta może zostać wykorzystana do rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej i optymalizacji konstrukcji układu lufa - nabój oraz symulacji właściwości dynamicznych rozpatrywanych obiektów w różnych fazach współpracy. Poniżej przedstawiono klasyczne sformowanie modelu dla broni lufowej oparte równań matematycznych i sposób zaimplementowania w modelu dyskretnym. Rozważania zilustrowano przykładowymi wynikami. Pracę realizowano przy wykorzystaniu licencjonowanego pakietu obliczeniowego LS-Dyna. Przedstawione wstępne wyniki mają charakter jakościowy.