基于完全变光滑长度SPH方法的高能炸药爆轰过程数值试验

传统的网格方法在模拟高能炸药（HE）爆炸问题时常会出现网格扭曲等问题，光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics）方法是一种无网格纯Lagrangian粒子方法，非常适合求解这类问题。本文应用作者提出的完全变光滑长度SPH方法，修正了传统SPH法中由于变光滑长度效应所造成的计算误差，其在模拟密度等物理参量变化梯度剧烈的问题时比传统SPH法具有更高精度和稳定性；针对一维TNT板条爆轰过程和三维TNT聚能装药的爆轰过程两个算例进行了数值试验，并与已有的传统SPH法数值模拟结果及理论解进行了对比。结果表明，算例一说明该方法较传统SPH法在模拟此类问题时具有更高精度，比传统方法计算的CJ参数更接近理论值，验证了该方法在爆轰过程模拟的有效性；算例二说明该方法成功地进行了三维TNT聚能装药的爆轰过程数值试验，获得了爆轰产物气流的传播特性和喷射规律并符合爆炸理论。     

EFP侵彻钢靶板过程的光滑粒子法数值模拟研究

针对爆炸成形弹丸（EFP）的成型及侵彻钢结构靶板的问题运用无网格数值方法 SPH法进行了数值模拟研究。计算中采用完全变光滑长度SPH方法解决模拟爆炸过程中密度等物理参量变化梯度剧烈的问题,利用Ott-Schnetter提出的修正SPH方法处理在求解多介质大密度差问题时遇到的数值不稳定性问题,运用含损伤的Johnson-Cook本构模型处理钢板在冲击载荷下的变形与损伤问题;结果分析了弹丸头部特定节点处的速度变化历程,同时分析了不同药罩厚度对弹丸头部速度及对靶板侵彻过程的影响及不同尺寸的靶板在弹丸侵彻作用下的破坏形式,结果符合弹丸侵彻物理规律,表明该方法适合模拟爆炸与冲击等大变形破坏损伤问题。     

战斗部对混凝土先侵彻后爆轰的数值模拟

利用自编光滑粒子动力学( SPH)程序给出战斗部对混凝土先侵彻后爆炸的数值模拟。在侵彻阶段弹体划分成Lagrangian标准有限元网格,而混凝土则划分成光滑粒子。在启动炸药爆轰计算前将弹体材料的有限元网格也转换成光滑粒子。通过对混凝土先侵彻后爆轰的二维计算给出弹坑的最终体积,同时还给出战斗部壳体膨胀平均速度的历史曲线以及爆轰产物的平均压力过程曲线。     

模拟战斗部对混凝土侵彻与爆炸耦合作用的计算

利用SPH算法给出战斗部对混凝土先侵彻后爆炸的数值分析.在侵彻阶段弹体划分成Lagrangian标准有限元网格,而混凝土则划分成光滑粒子.在启动炸药爆轰计算前将弹体材料的有限元网格也转换成光滑粒子.给出了中止爆炸计算的准则.通过侵彻与爆炸耦合的二维计算给出了弹坑的最终体积和战斗部壳体膨胀速度的历史曲线及爆轰产物的压力过程曲线,其中最大压力与C-J爆轰压力一致,这说明本文算法是有效的.     

爆炸复合边界效应SPH方法的数值模拟（英）

利用LS-DYNA软件采用无网格的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对爆炸复合的边界效应进行了二维数值模拟研究.结果表明,金属射流现象和边界效应与爆炸复合生产实践一致.爆炸复合边界效应产生原因并非是由于边界的冲击能量过剩而造成基复板碰撞时边界处的打伤打裂,在基复板碰撞之前,断裂已经产生,认为爆炸复合边界效应的产生是由于稀疏波对边界处爆轰产物的影响,导致复板边界处与内部存在速度差,从而使复板边界处的碰撞角变大,在爆轰产物压力的作用下发生断裂.此外,采用蜂窝结构炸药及双面爆炸复合方法可以使得边界效应得到有效控制.     

基于SPH方法的凝胶燃料单滴微爆过程模拟

为探究凝胶燃料单滴微爆过程中液滴形态和物理量变化规律,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对JP-8金属凝胶液滴的微爆过程进行数值模拟研究。引入完全变光滑长度SPH方法解决气泡膨胀过程中密度梯度和光滑长度梯度变化剧烈的问题。采用修正JCD(Johnson-Cook Damage)强度模型模拟了弹性胶凝剂膜。模拟了凝胶液滴微爆过程中,内部气泡生长、膨胀、破壳、喷射等过程。得到了气泡变形过程中液滴内部压力和胶凝剂膜的应力变化特性。探索了凝胶液滴微爆过程中液滴半径、压力、拉伸应力、表面张力等物理量的变化规律。数值模拟结果显示,随着时间的推移,凝胶液滴体积逐渐膨胀,压力震荡上升,当直径膨胀比D/D0达到1.4时,胶凝剂膜破裂,液滴体积迅速缩小,压力急剧下降。对于多气泡凝胶液滴,大气泡相对小气泡膨胀更快,且大气泡产生对壁面的压力更大,导致胶凝剂膜在靠近大气泡附近破裂,破裂时间相较于单一气泡有所缩短。数值模拟结果与实验结果相吻合,揭示了凝胶液滴微爆过程的内在机理,验证了SPH算法在解决此类问题上的有效性。     

隔板对聚能射流性能影响的数值模拟

为研究隔板对聚能装药中爆轰波形和射流形成的影响,应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对某带隔板聚能装药射流的形成过程进行了三维数值模拟,并与试验结果进行了比较。计算结果表明,隔板可将球面爆轰波形转变为凹锥形爆轰波,使爆轰波相对于药型罩母线的入射角减小;当隔板厚度不变,存在着最佳隔板直径,小于最佳直径时射流头部速度随隔板直径的增加而增加,反之则会降低;双截锥形隔板可使爆轰波与罩母线的夹角减小到12°,射流头部速度比无隔板时提高了约18%。     

圆锥罩聚能射流形成过程的数值模拟

针对聚能装药爆破存在的问题,提出一种利用计算机对聚能装药爆破进行数值模拟的方法。通过有限元显式动力分析软件的显式算法对石油射孔弹圆锥型聚能装药爆破形成射流的过程进行数值模拟,分析了圆锥型聚能装药的射流速度的分布特性,并与带外壳的聚能装药的射流过程的模拟结果进行了对比。计算结果与圆锥型聚能射流的物理现象和规律相吻合,说明该计算模型和模拟方法合理、可行,对石油射孔弹生产及科研有一定的借鉴作用。     

基于SPH的射流成形机理研究

光滑粒子流体动力学是一种纯Lagrangian的无网格数值计算方法,可以很好地处理动态载荷下材料大变形问题。采用SPH方法对射流成形和拉伸进行初步研究,给出求解爆炸和射流成形的力学模型和离散格式,针对一定锥角药型罩射流成形进行数值研究。结果表明,对爆炸、射流成形等瞬态动力学问题,SPH方法是行之有效的,但在计算过程中也存在数值断裂和应力不稳定等问题。     

结构参数对爆炸成型弹丸性能影响的研究

为研究聚能装药结构参数对爆炸成型弹丸性能的影响,利用三维动力有限元程序,对爆炸成型弹丸形成过程进行了数值模拟,研究了装药长径比、装药密度、药型罩材料、起爆方式以及壳体厚度对爆炸成型弹丸性能的影响规律。根据研究结果,设计了一种较优化的聚能装药,并进行了聚能装药侵彻混凝土靶板实验。实验结果表明,设计的EFP聚能装药对混凝土靶板有较好的开坑效果,开坑孔径和孔深分别接近装药口径的0.6倍和6.4倍。     

破爆型串联战斗部第一级爆炸对第二级影响的研究

研究了破爆型随进串联战斗部第一级装药爆炸后对第二级弹体的影响。用中低压型５０Ω锰铜计测量二级弹体上的压力历史，提出了数值计算模型，采用多流体网格方法，对爆轰产物用可变指数的多方气体状态方程，得到了第一级装药爆炸后在第二级弹体上形成的超压和冲量。数值计算结果与物理实验符合较好。     

聚能装药金属射流在天线中的应用研究

瞬态小型化天线是天线技术研究的热点。针对聚能金属射流在小型化天线上的应用问题,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,以装药直径为50 mm锥形聚能装药为研究对象,进行了聚能金属射流天线形成偶极子天线理论分析。利用有限元软件LS-DYNA,对装药结构、炸药材质形成的聚能金属射流天线适用性开展数值仿真研究。研究结果表明：聚能装药形成的金属射流天线满足瞬态小型化特点,具有与波长匹配的长度、连续性和良好接口;聚能金属射流作为电磁脉冲辐射天线使用时需要具有一定长度和杵体,射流直径和杵体直径有过渡且杵体变化较小,可获得较大增益,金属射流在未完全成型时输入阻抗最小;小锥角罩形成的金属射流更能满足天线要求;药型罩厚度为2.1~2.3 mm时,形成的金属射流天线长度最大,存在一个辐射频率极值;B炸药装药形成射流天线的速度大于JH-2炸药和梯恩梯炸药,且B炸药装药爆炸产生金属射流的断裂时间最佳,最大杵体半径适中,断裂时可用天线长度最长,作为天线应用时可辐射的频率范围最大,更适合作为聚能金属射流天线使用。     

柱形破片冲击带壳装药起爆判据研究

为得到柱形破片撞击带壳装药的临界起爆判据,在一维脉冲冲击起爆判据及长杆判据的基础上,构建一种破片撞击起爆带薄壳炸药的等效模型。将破片撞击带壳装药的过程等效为破片撞击裸装药,导出包含破片长度、直径以及炸药壳体厚度等参量的临界起爆判据,并利用仿真软件对所得结论进行模拟验证。仿真结果表明：当壳体厚度较薄时,冲击波冲击起爆是炸药发生爆轰的主控机制,数值模拟与理论计算结果基本一致,该起爆判据适用,且破片长径比存在临界值,当破片长径大于该临界值时,破片长径比的变化对临界起爆速度影响很小。     

爆炸二极管的数值模拟设计

针对工业上起爆网路早爆问题,采用数值模拟方法设计并研制了一种具有单向传爆功能的爆炸二极管。利用点火增长模型结合ANSYS/LS-DYNA有限元软件,通过调整激发药药量方式进行了正向冲击起爆模拟,采用调整延期体长度进行反向隔爆仿真模拟,最后通过正反对称实验以及飞片测速实验进行可行性验证。结果表明:该爆炸二极管可以正向稳定传递爆轰信号以及反向可靠阻断爆轰信号,而且激发药药量和延期体长度有一定范围值,其中激发药药量大于30 mg,而30 mg激发药药量下延期体长于4.0 mm。     

双层药型罩侵彻体形成过程的数值仿真

为了找出一种适合于串联侵彻体形成及侵彻过程研究的数值方法,使用AUTODYN流体代码对双层罩在爆轰产物作用下的形成规律进行了数值仿真.数值仿真的目的是比较Lagrange算法、Euler-Lagrange Coupling算法和Euler算法,这3种算法哪种更适合于研究该文的物理情况.研究对象是由一个主装药和两层药型罩...     

三种算法在侵彻模拟中的对比研究

文中利用LSDYNA软件,分别采用有限元算法(FEM)、光滑粒子流体动力学法(SPH)及耦合算法(FEMSPH)对弹体侵彻装甲钢板问题进行了数值仿真,对各种算法的优缺点进行了讨论及对比.结果表明,与FEM相比、SPH 和 FEMSPH耦合法可以获得更好结果和更加形象的变形图像,计算大变形冲击动力学问题,同时耦合法还集中了FEM和SPH的优点,可以提高计算效率,节省计算时间.结果表明FEMSPH耦合法是一种更有发展潜力的模拟方法.     

关于起爆点的位置对聚能射流的影响研究

采用LS-DYNA3D对聚能战斗部的起爆过程进行了数值模拟.通过模拟,着重分析了单点起爆、线起爆和面起爆对聚能射流的射流速度和L/D的影响规律.提出了一种新型聚能起爆方式.