Modeling and simulation of JWL equation of state for reactive Al/PTFE mixture

An analytical method is presented to fit parameters of Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state (EOS) for the chemical process of aluminum-polytetrafluoroethylene ( Al/PTFE ) mixture.Subroutine codes ...     

爆炸冲击波的环流效应数值模拟研究

利用任意拉格朗日欧拉（ALE）算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程。针对有障碍物阻档时空气冲击波的环流现象进行数值模拟，得到在爆源周围有障碍物时爆炸场初始发展、环流情况及整个传播过程，并分析了空气冲击波的环流规律。研究结果表明，所采用的方法可以很好地描述空气冲击波环流流场参量分布与变化规律。数值模拟结果符合物理规律。     

水下爆炸冲击波数值模拟中的参数影响

为提高数值模拟水下爆炸冲击波的精度,研究了状态方程、网格密度、人工粘性对数值模拟的影响．以球形药包为例,采用有限元程序MSC．Dytran进行数值模拟,将结果与经验公式对比,分析了各参数的影响作用．结果表明,状态方程的形式对结果影响不大,而网格密度有很大影响．为确定最佳的网格密度,定义了一个描述网格密度的无因次量,并给出了不同药量时最佳无因次网格密度的范围．人工粘性能够较好地抑制冲击波压力计算中出现的数值振荡,但同时也引起了冲击波峰值的衰减．调整水的状态方程的系数,能够在保证数值模拟效果的同时,减少水域中的单元数量。     

板壳结构接触爆炸数值仿真分析

接触爆炸载荷作用下板壳结构的变形和破损是非常复杂的非线性动态响应过程,现有的各种理论和实验研究方法都有各自不同的应用范围与条件.借助于有限元程序LS-DYNA中的ALE算法,对空气中单层钢板在凝聚态炸药接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行了数值仿真,描述了2种物质的流动以及钢板的破口形状、尺寸和塑性区域随时间增加的变化情况,定量给出了钢板的最大破口半径与炸药装药量之间的关系式.仿真分析表明ALE算法适用于解决接触爆炸过程中的流一固耦合问题,模拟和预测材料在爆轰波冲击下的非线性动态响应.     

不同坝型重力坝水下接触爆炸特性研究

近半个世纪以来,中国成为世界上建坝数量最多的国家。需要评估爆炸荷载对于大坝的安全的影响。本文为研究水下不同炸点接触爆炸对混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型的动力响应以及破坏状态影响,进行了两种坝型的混凝土重力坝水下接触爆炸的动力响应及损伤破坏特性的对比分析。利用数值模拟方法计算了炸药在空气中爆炸对于混凝土板的损伤破坏,并与物理实验的结果进行对比。通过计算结果对比验证了所使用数值模型的正确性和可靠性。以混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型为研究对象,考虑炸药-库水-空气-混凝土重力坝结构之间的动力耦合关系,对比分析了水下接触爆炸冲击荷载作用下,两种坝型的挡水坝段坝体的动态响应及损伤破坏分布特性。通过对比分析可知：混凝土重力坝上游有折坡段的挡水坝段减小了水下接触爆炸对坝体的加速度、速度及位移的动力响应。混凝土重力坝上游无折坡比有折坡坝型的挡水坝段在水下接触爆炸冲击荷载作用下损伤范围更大、更为严重。通过以上结果可得到结论：混凝土重力坝上游折坡段可以有效地散射爆炸产生的应力波,减小混凝土重力坝的损伤破坏程度。     

典型工业炸药爆炸灾害效应的数值模拟

为了评价典型工业炸药在空气中发生意外爆炸产生的灾害效应,利用非线性动力学软件AUTODYN,炸药产物选用JWL状态方程,分析1 kg铵油炸药、乳化炸药、2号岩石炸药在空气自由场中爆炸冲击波的传播特性和温度场分布情况,并与TNT炸药进行对比分析.计算结果表明,冲击波损害效应中,2号岩石炸药与TNT炸药爆炸产生的冲击波峰值相当,乳化炸药次之;温度灾害效应中,岩石炸药的温度峰值最高,铵油炸药温度峰值次之,乳化炸药温度峰值最低.为正确使用工业炸药和矿山安全提供了理论依据.     

舰船防护结构穿甲后爆炸的数值仿真分析

为了研究冲击爆炸作用下舰船防护结构的破坏情况,将该结构简化为多层板架结构,借助于有限元程序LS-DYNA中的ALE算法,同时考虑穿甲和爆炸的作用,对其在穿甲后爆炸荷载作用下的非线性动态响应过程进行仿真分析,描述了钢板的破口形状、破口半径及板上单元等效应力随时间变化的情况,并与舷外接触爆炸对结构的破坏情况进行比较.结果表明穿甲后爆炸能对舰体内部造成破坏,因此它是一种比较理想的反舰攻击方式.     

Study on dynamic response of multi-body structure under explosive driving

In this study, a complex multi-body structure was proposed, and the mechanism for the dynamic response of the structure under explosive driving was investigated by using the Lagrange equations of the second kind. An initial value subject to explosion loading was analyzed to develop the theoretical model of the dynamic response, and the centroid trajectory of three different structural shapes was solved. To verify the accuracy of the theoretical model, numerical simulation via finite element analysis within LS-DYNA and a dynamic experiment were conducted, and the consistent dynamic response process of the multi-body structure was obtained. In addition, the dynamic response time of the multi-body structure under different explosion loading conditions was calculated by the theoretical model, numerical simulation, and experimental investigation. It was found that the increased opening charge mass reduces the dynamic response time.     

多尺度结构动力方程及其在损伤识别中的应用

以一个三层框架结构为研究对象，分析了结构发生损伤时其动力参数的变化特征.应用小波变换，推导了多尺度结构动力方程来分析结构动力系统中的损伤识别.面向结构损伤识别，描述了多尺度动力方程能获得更丰富的结构参数变化信息.根据时变动力系统的结构损伤识别数值计算的特点，应用状态空间法来对结构损伤动力过程进行数值模拟.通过不同激励荷载下的损伤数值模拟和损伤时域识别，研究了多尺度损伤识别的两个关键性问题：不同位置的传感器对损伤预警的敏感性；系统输入荷载频率成分对损伤信息分布的影响.所进行的研究对于在基于小波分析的结构健康监测中合理选择传感器位置、采样频率及确定信号分解的尺度数具有理论指导意义.     

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防（抗）爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。     

地表爆炸作用下钢筋混凝土管道裂缝扩展机制

为了研究地表爆炸作用下埋地管道的安全性,针对城区内常见的浅埋承插式钢筋混凝土管道,设计并实施全尺寸埋地管道地面爆炸现场试验. 结合全耦合数值模拟手段及分离式钢筋混凝土建模方法,基于混凝土smeared crack模型,分析地表爆炸作用下承插式钢筋混凝土管道结构体系的动力响应特征及管道裂缝扩展机制. 研究结果表明,地表爆炸作用下,管道内壁开裂以斜向裂缝和环向裂缝为主. 斜向裂缝均出现在管道的承插接口处. 当爆源位于管道承插接口上方和管身中部正上方时,距爆源最近的管道承插接口处均产生明显的斜向裂缝. 承插接口是承插式钢筋混凝土管道体系抗爆的薄弱部位.     

Numerical simulation of the parabolic shell surface under blast wave loading

Deformation of parabolic shell surface under explosion shock waves is a complex dynamic problem. Because of reflection and interference of blast wave, it’s hard to analytically delineate the dynamic responds of radar parabolic shell surface on blast wave. To gain the characteristics of thin shell deformation under impulsive loading of blast wave, numerical simulation methods for blast load on the shell structure was studied and analyzed. Euler-Lagrange numerical simulation was implemented by AUTODYN code to simulate the problem. Through analysis on deflection feature of radial position under different explosive mass and detonation height, an equation was founded by fitting the deflection results from numerical simulation results of shockwave loading. Experiments were arranged to confirm the validity of the formula. The results gained by simulation are consistent with experiments, and the formula can be used to delineate the deflection of aluminum alloy parabolic shell under blast loading.     

反舰导弹攻击舰船舷侧防护结构过程数值仿真

半穿甲内爆式反舰导弹战斗部对舰船的攻击过程中使用了穿甲效应、爆炸破片效应和爆炸冲击波效应.在研究舰船结构在这种战斗部攻击下的响应和破损时应考虑此3种效应的耦合作用,而目前在这方面只有单独考虑某一效应的研究.该文将一种基于FCT算法的高精度爆炸流体动力学程序与LS DYNA动力学有限元软件相连接,同时考虑了穿甲、爆炸破片和爆炸冲击波的耦合作用,对半穿甲内爆式反舰导弹攻击下舰船舷侧防护结构的响应与破损全过程进行了数值模拟仿真.结果表明该数值仿真方法行之有效.     

HJC和K&C混凝土模型在爆炸荷载作用下的对比研究

在爆炸荷载作用下为比较HJC和K&C混凝土模型分析混凝土力学性能的准确性,基于这两种模型的物态方程参数和强度模型参数对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值分析.研究结果显示,在爆炸荷载作用下应用K&C混凝土模型分析混凝土力学性能的准确性显著优于HJC模型,因此本研究结果可为爆炸荷载作用下分析混凝土的力学性能提供理论参考.     

意外撞击和冲击波作用下气瓶的动态响应分析

基于任意拉格朗日多物质流一固耦合算法,对空气采用ALE网格,对炸药采用JWL状态方程,分析了爆炸冲击波单独作用和高速子弹与冲击渡联合作用下高压气瓶的动态响应。结果表明,在冲击波作用下气瓶应力急剧上升,气瓶出现屈服并发生屈曲,爆心距瓶体越近,气瓶受冲击渡的影响越大;联合作用时应力相互叠加使得气瓶应力值比单独作用时有明显增大,变形相对于高速撞击和爆炸波单独作用显著增加,塑性变形区域变大,破坏程度更加明显。     

航空炸弹杀爆战斗部综合毁伤分析研究

战斗部综合毁伤是战斗部最重要的特性,也是衡量战斗部设计优劣的重要指标之一.预制破片的速度是战斗部综合毁伤很重要的指标.针对目前战斗部爆炸破坏机理需完善和试验费用昂贵的现状,基于理论计算和数值模拟分析了战斗部的综合毁伤.本文对杀爆战斗部的静态和动态杀伤威力、毁伤概率等综合毁伤指标进行了分析,计算结果与试验测试数据较为吻合,对新产品研制、论证具有一定的参考价值.     

Zr41 Ti14 Ni12.5 Cu10 Be22.5非晶合金冲击压缩行为理论与实验研究

为研究Zr_(41)Ti_(14)Ni_(12.5)Cu_(10)Be_(22.5)非晶合金的冲击压缩响应及物态方程,利用平板冲击试验,测试了受到速度为350 m/s～550 m/s的铜板冲击时,非晶合金试样的自由面粒子速度;采用阻抗匹配法得到了材料的雨贡纽参数,并利用理想混合物模型对材料的雨贡纽参数进行预估,分析对比了理论计算结果与实验结果;将求材料格林艾森物态方程转化为非线性最优化问题,提出了基于模拟退火算法的材料格林艾森物态方程计算方法,设计了退火参数表,并采用解析法计算了材料的布里希-默纳罕物态方程和三项式物态方程,对比研究了三种物态方程与实验结果.理论和实验结果表明,5～10 GPa压力范围内,Zr_(41)Ti_(14)Ni_(12.5)Cu_(10)Be_(22.5)非晶合金的零压体积声速为4 267 m/s,D-u曲线斜率为4.376,曲线斜率远大于一般金属材料,其雨贡纽极限强度为5.60 GPa左右;理想混合物模型仅适用于计算高压区Zr基非晶合金的雨贡纽参数,低压区理论计算结果与实验结果误差较大;在5～10 GPa压力范围内,格林艾森物态方程、三项式物态方程与实验结果吻合度较高,而布里希-默纳罕物态方程误差较大,不适用于计算材料状态参量.     

爆炸荷载作用下缺陷岩体破坏特征的数值模拟研究

为了研究爆炸荷载下含缺陷岩体的破坏规律,根据已有的实验结果建立了在爆炸荷载下含缺陷岩体的漏斗爆破模型,所考虑的缺陷包括孔洞、孔隙和微小的张开型节理.缺陷是随机分布的,且对于缺陷内部考虑了两种情况,一种是含水的,另一种是空的.依据已有花岗岩的实验结果,通过拟合得到了其冲击状态方程,并将其应用于炸药附近的花岗岩,而对于远离炸药的花岗岩,采用了线性状态方程.根据实验结果,将花岗岩的动态强度设计成随应变率变化的变量.模拟结果表明,在爆破荷载下,湿润的岩体比其相应干燥岩体的动态强度低;在应力波作用下缺陷密度越大,其岩体的破坏范围越小;最后,讨论了巷道附近的爆破过程对巷道稳定性的影响.     

聚驱后凝胶颗粒调剖数值模拟

以渗滤理论为基础,考虑凝胶颗粒调剖的膨胀特性、“变形虫”特性以及与残留聚合物的协同作用特性,建立了凝胶颗粒运移的数学模型;将渗流模型与凝胶颗粒运移模型、储层参数动态变化模型进行耦合,建立了聚驱后凝胶颗粒调剖的单井流固耦合数值模拟模型,采用迭代耦合方式对该模型进行了求解,并对所建模型进行了参数敏感性分析．     

基于点谱相关函数的悬臂结构损伤识别

针对悬臂结构,提出基于点谱相关函数的损伤识别柔度法。该方法依据结构动力特征方程和悬臂结构的特点,利用柔度矩阵元素作为过渡,得到了结构模态参数与杆件物理参数之间的对应关系等式,讨论并提出利用结构自由振动信号的winger-ville点谱相关函数平方根值代替结构模态参数的方法,建立了点谱相关函数平方根值与刚度损伤系数的方程,通过求解方程组就能识别出结构单个或多个损伤的位置和程度。该方法物理意义明确,突卸荷载激励容易实现,且只需一次测量,无需损伤前后对比测试,有利于工程应用。最后通过两个数值算例,验证了所提方法的有效性。