弹丸撞击下花岗岩靶破坏效应实验与数值分析

对不同速度弹丸撞击花岗岩靶产生的弹坑深度和裂纹长度进行实验和数值分析。利用轻气炮进行五发实验,得到3种撞击速度下的弹坑直径、弹坑深度、靶板表面裂纹分布等破坏效应,并对撞击速度为654 m/s的正侵彻实验靶进行切割,得到靶板内部的裂纹分布情况。采用非线性动力学软件Autodyn对正侵彻花岗岩实验进行数值模拟。将Johnson-Homquist损伤本构模型(JH–2模型)与拉伸断裂软化模型相耦合,来模拟靶板内高应力区材料的压缩和剪切破坏效应,以及低应力区靶板在主拉伸应力作用下产生的损伤和裂纹扩展。相对于传统有限元计算中删除单元形成裂纹的处理方法,本文采用SPH算法,通过定义损伤来描述材料的压缩破坏以及由剪切和拉伸断裂形成的裂纹。模拟得到的弹坑尺寸以及裂纹长度与实验结果符合较好。根据模拟结果进行数值试验,拟合出不同撞击速度下的弹坑深度和裂纹长度的经验关系式。相关方法及材料模型参数可为后继实验和相关数值模拟提供参考。     

强爆炸早期火球光辐射能谱的分群计算

以辐射流体力学为基础,利用多群方法建立了强爆炸火球光辐射的多群辐射流体力学模型。采用空气分群吸收系数,构建有限差分格式,计算了火球早期光辐射分群能谱,给出了光辐射总能量分布以及分群能谱随时空的变化关系,为进一步研究火球光辐射能谱特征提供了可能。     

内含空腔围岩中气体渗流动力学问题的解析计算与试验研究

以内含空腔的围岩为研究对象,考虑围岩中裂隙度、孔隙度和渗透率等主要因素的影响,忽略次要因素的影响,进行了气体渗流问题的理论研究。基于达西定律,经分析推导,得到了计算内含空腔围岩中气体渗流问题中气体渗透量和气体渗流到达时间等重要参数的解析公式。开展了花岗岩气体渗流试验,将TNT炸药置于花岗岩内部空腔中引爆,以气体产物CO作为示踪气体,测量了其在围岩中的渗透量和渗流到达时间。使用推导的解析公式对试验进行了计算,计算结果表明,解析公式能够快速而准确地计算从内部空腔渗流到围岩介质中的气体体积和气体渗流到达时间。使用推导的解析计算公式估算围岩中气体渗流问题,计算方便快捷,对于实际工程遇到应急问题时,具有较好的实用性。同时,基于理论分析得到的解析计算公式,可以为数值模拟结果的验证和试验研究的设计提供有益的参考。     

基于Monte Carlo方法改进的化学反应动力学计算机模拟

在Monte Carlo方法及其改进方法的基础上,进一步改进了化学反应动力学方程计算机模拟算法.改进后的算法延续了原方法编制模拟程序方便等优点,并提高了计算机模拟的稳定性、精确性,克服了由于Monte Carlo方法是一种概率方法而导致模拟结果具有随机性的缺点.结合工业应用中常见的平行、连续、对峙和综合化学反应进行了模拟计算,模拟结果与这些化学反应的解析解相对误差小于0.1%.     

多种复杂化学反应动力学统一的数值模拟

研究各种经典复杂化学反应动力学方程如简单级次反应、平行反应、连续反应和对峙反应等的求解方法时,可以发现它们之间存在共同点,并得到统一的求解形式.文中给出了将多种复杂化学反应动力学的求解统一起来的方法,并用C++程序语言,编制了可以求解物理化学教学中各种经典复杂化学反应动力学方程的数值模拟程序.使用该程序,只要根据具体情...     

岩石中强爆炸动力学过程数值模拟

在地下结构抗强爆炸作用的安全和防护研究中，需要对强爆炸的力学效应进行三维数值模拟。强爆炸的早期过程很复杂，在计算强爆炸的力学作用时一般可将其初始反应阶段结束时刻作为初始时刻，把强爆炸力学作用过程简化为铁蒸汽球等熵膨胀过程中对周围介质的作用。利用LS-DYNA^3D软件的用户自定义材料模型接口，将上述简化的强爆炸源作为一种独立的材料模型，实现了LS-DYNA^3D软件模拟强爆炸力学作用的功能。使用加入了强爆炸模型后的LS-DYNA^3D软件计算了花岗岩中强爆炸自由场应力波参数和空腔解耦强爆炸对壁面的压力，得到的结果与实测值和其他学者研究结果符合较好。研究结果为各种地下结构受强爆炸作用问题的三维数值模拟提供了计算工具。     

冲击波作用下单层钢化玻璃抗爆性能的数值模拟研究

借助通用显式动力分析程序LS-DYNA软件平台,采用拉格朗日方法描述钢化玻璃,增加侵蚀算法来模拟钢化玻璃的破坏。钢化玻璃采用线弹性材料模型,通过建立的模型研究单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下的动态响应。利用场地试验结果对数值模型进行验证,证明了此模型的合理性。用已验证的模型对单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下进行数值模拟,得到一组单层钢化玻璃破坏的超压冲量临界点。通过数值模拟结果得到了爆炸冲击波对单层钢化玻璃损伤的超压-冲量曲线,进一步推导出了单层钢化玻璃损伤超压-冲量曲线的经验公式,并与数值结果进行比对,具有很好的吻合性。研究表明,得到的超压-冲量曲线及经验公式可以为单层钢化玻璃抗爆设计提供有价值的参考。     

围岩气体渗流解析计算中重要假设的数学证明

为深入研究某围岩气体渗流解析计算方法在数学上的严谨性和物理上的合理性,进而验证其在工程应用上的可行性,针对内含空腔围岩中气体渗流动力学问题,利用达西定律和合理的数学假设,严格推导了围岩内裂隙区和孔隙区中气体最远到达位置关于渗透率之间的比例关系。根据基本的物理认识和工程施工安全预估需求,通过严密地数学推导,证明了“爆室空腔与围岩间不存在热传递”和“对于进入围岩裂隙或孔隙的气体取围岩裂隙或孔隙的压力与体积作为该部分气体的压力与体积”这两个重要前提假设的合理性。最后,给出了气体在围岩中到达某位置所用时间的解析计算公式的详细推导过程,并利用实验数据证明了该公式应用于工程实践的可行性。     

花岗岩介质中爆炸回填堵塞的数值模拟

采用显式动力学有限元程序LS-DYNA^3D，对花岗岩介质中带拐弯坑道回填堵塞的化爆试验进行数值模拟。介绍了计算所用的材料模型，并给出经过大量数值试验验证的材料参数；计算了自由场的力学参数，给出了围岩和堵塞物的力学破坏情况和破坏分区；分析比较围岩和坑道中的应力波走时，并与试验结果进行对比。计算结果与试验结果符合较好。本研究工作是模拟岩石中爆炸的基础，可为填实化爆、直坑道和带拐弯坑道堵塞的试验研究提供借鉴和参考。