专利名称：一种射孔弹性能参数的欧拉获取方法
技术领域：
本发明涉及一种射孔弹性能参数的欧拉获取方法，属于石油测井技术领域。
背景技术：
随着石油勘探的不断深入，地层及井况条件越来越复杂，对射孔弹的性能要求越来越高，因此获取射孔弹一些重要参数显得十分重要。石油射孔弹属于聚能装药的一种，是靠形成的高速射流来完成射孔。射孔弹的结构包括壳体、药型罩及炸药，作用过程一般经历炸药爆轰、药型罩压垮、射流形成及压垮等过程。由于射流形成过程在高温、高压及高速的情况下几十微秒内完成，所能获得的实验观测数据极为有限，并且实验周期长，成本高。随着计算机技术的发展，可以用计算机对射孔弹的作用过程进行数值模拟，动态地再现其形成过程，以获取射孔弹的一些重要参数。射孔弹作用过程的数学模型，包括基本的守恒方程组、应力应变关系及状态方程。①守恒方程组忽略外力、外源及热传导，聚能射流形成问题的流体弹塑性动力学模型，可用如下偏微分方程组表示质量守恒方程
权利要求
1.一种射孔弹性能参数的欧拉获取方法，该方法包括以下步骤 步骤1 建立射孔弹计算几何模型；步骤2 收集确定步骤1所建立的模型中的相关参数；步骤3 根据步骤1建立的射孔弹模型确定计算域的大小，其大小为射孔弹模型尺寸的 4倍以上，并采用正交的六面体网格来离散计算域，网格步长由药型罩壁厚确定，最大为药型罩壁厚的1/5，；步骤4 将步骤3所得到的计算域沿三个坐标方向进行分区，得到的子区域数目与参与并行计算的计算机集群节点数相对应；步骤5 获取步骤3所确定的各网格的物理量；步骤6 进行时间步内的计算，连续输出聚能装药性能参数，例如射流头部速度、射流长度及直径等，采用可视化技术，再现射流的形成过程，以精确得到射孔弹侵彻深度及孔径大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤1中，建立射孔弹计算几何模型后，得到壳体及炸药的尺寸、以及药型罩的锥角和厚度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤2中，所述参数包括炸药、药型罩及空气的密度、初始比内能、状态方程参数，壳体及药型罩的屈服极限参数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在步骤3中，计算域的大小为射孔弹模型尺寸的4-5倍，网格步长为药型罩壁厚的1/10 1/5，优选1/6 1/8。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在步骤5中，获取各网格的物理量通过采用算子分裂法求解偏微分守恒方程组来实现将质量、动量、能量守恒方程统一写成如下形式^ + u-νφ^Η(14)式中，Φ代表物理量，如密度(P)、能量(e)或速度(U)，#表示物理量Φ在网格上的Ot变化率；为对流项，即物理量Φ在单位空间网格边界上的通量；等式右边H为源项。 物理效应意义上的算子分裂法将方程(1 分裂成如下两个方程，同时在数值计算时也分成相应的两步完成Ihdt逻+ .仰=0 dt
6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤5包括以下子步骤子步骤5. 1 并行求解方程(1 ，即Lagrange步或压力效应步，不考虑对流项u习Φ的影响，只考虑源项H(压力和偏应力的梯度效应)的作用，得到网格各物理量Φ的中间值； 子步骤5. 2:在子步骤5.1更新中间物理量后，考虑方程(16)中对流项的影响， 即Euler步或输运步，通过计算质量、动量、能量在网格间的输运，对物理量Φ在网格上进行重新分配；(15)(16)。子步骤5. 3 在子步骤5. 2确定数据相关性及子区域关联性后，并行实现网格的输运。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在子步骤5.1中，对方程(15)离散，时间采用向前差分，空间采用一阶中心差分，此过程不产生数据相关性，各个网格并行独立求解，得到其中物理量Φ的更新值。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在子步骤5.2中，为了消除子区域的关联性， 对于一个三维的子区域，需要在子区域的右边、后边及上边各增加一层网格，这些网格不参与输运；为了消除数据相关性，对于前网格的某种物质的输运量的如下函数关系式AVijk = f(At，Δχ, Δγ, Δ z，ViJk，jflagiJk，uiJk，Vi±1J±lk±1，Iflagiiljilkil，ui±1J±lk±1)(18)其中At为时间步长，Δχ，Ay，Δ ζ为网格步长，V为网格体积，flag为网格介质标志， 采用V，jflag未更新的值，同时为了消除因此而带来的过量输运问题，将原串行算法中在一个三重空间循环下完成三个方向的输运，改为在一个三重空间循环下只进行一个方向的输运。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中，在子步骤5.3中，采用改进的模糊界面法实现重新分配过程，对于含有多种介质、不确定各介质间界面的混合网格，把各介质占有网格的体积比作为模糊权重系数；根据模糊权重计算输运量；对介质进行模糊排序，决定输运优先级，按输运优先级进行输运。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，采用改进的模糊界面法实现重新分配过程包括①网格分类将计算模型中含有的N种介质，编号为1，2，一，N,按照网格中含有介质种类个数不同将网格进行分类，得到4 + 4+··· +《=2"个类型的网格，分类如下 第零类，不含有介质的空网格0(0)；第一类，含有一种介质的网格1⑴、1 (2)、一、1 (N-I)及1 (N)； 第二类，含有两种介质的网格2(1，2)、2(1，3)、-—,2(1,N),2(2,3),2(2,4),-—,2(2, N)、-—及 2((N-1)，N)；第三类，含有三种介质的网格3(1，2，3)、3(1，2，4)、-—,3(1,2, N)、3 O，3，4)、3 (2，3， 5)、-—,3(2,3, N),-—,3((N-2), (N-I), N)；第N类，含有N种介质的网格N(1，2，3，一，N)。当混合网格中含有三种以上的介质时，首先按照体积份额的大小对混合网格中各介质进行排序，将最大体积份额的介质序号规定为介质1，依次类推；然后删除第四种及其以后的介质，同部分的体积、质量、动量、能量等填充为介质1，这样最多余下三种介质； ②制定输运方案根据模糊综合评判方法确定贡献网格中各介质的输运构型，以此确定各介质的输运优先级，优先级高的介质优先输运，优先级相同时平均输运。当贡献网格为纯网格时，输运因子β的值等于1 ；当贡献网格为混合网格时，网格内每种介质的输运因子β按下式计算
全文摘要
本发明涉及一种射孔弹性能参数的获取方法，包括以下步骤建立射孔弹计算几何模型；收集确定步骤1所建立的模型中的相关参数；根据步骤1建立的射孔弹模型确定计算域的大小，并采用正交的六面体网格来离散计算域，网格步长由药型罩壁厚确定；步骤4将所得计算域沿三个坐标方向进行分区，得到的子区域数目与参与并行计算的计算机集群节点数相对应；获取所确定的各网格的物理量；进行时间步内的计算，连续输出聚能装药性能参数，再现射流的形成过程，以精确得到射流长度及直径大小。该方法模拟结果与实验值吻合良好。
文档编号E21B47/00GK102493800SQ20111039800
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者任会兰, 宁建国, 宋卫东, 王成, 马天宝 申请人:北京理工大学