LSC射流成型的X光试验与三维数值模拟

为了获得单角度楔形罩线型聚能装药的射流成型特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维全尺寸装药模型,并对其进行了数值模拟,采用脉冲X射线摄影仪对药型罩材料的运动过程进行摄影,并对两者进行了对比研究。结果表明,数值模拟获得的不同起爆点位置条件下各时刻的射流横断面和正面形状与脉冲X射线摄影试验获得的基本一致,不同时刻射流头部距罩底部的距离误差和射流头尾之间的距离误差分别在7.2%和24.3%以内。因此,该三维数值计算模型可以用来模拟实际的切割器,获得的射流成型特点和规律能够较好地反映实际的射流成型过程,为研究线性聚能装药的射流成型机理提供参考。     

半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值模拟对比

为了得到半椭圆形罩线型聚能装药(LSC)射流成型的特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值计算模型,对射流成型过程进行了数值模拟,获得了射流成型过程的特点和典型时刻沿对称面射流速度梯度分布及射流最大速度随时间的变化关系。从横断面看,形成的射流较长且均匀,相对质量和速度均较大,速度梯度呈现明显的三段特征;杵体短而粗,相对质量和速度均较小;两种数值计算模型获得的射流最大速度出现的时刻、杵体断裂时刻和射流断裂时刻以及典型时刻沿对称面射流速度梯度分布均有所差别。结果对比分析表明,三维数值计算模型比准三维计算模型能更全面准确地模拟出射流的成型过程,获得的结果更可靠。     

半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值模拟对比

为了得到半椭圆形罩线型聚能装药(LSC)射流成型的特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值计算模型,对射流成型过程进行了数值模拟,获得了射流成型过程的特点和典型时刻沿对称面射流速度梯度分布及射流最大速度随时间的变化关系。从横断面看,形成的射流较长且均匀,相对质量和速度均较大,速度梯度呈现明显的三段特征;杵体短而粗,相对质量和速度均较小;两种数值计算模型获得的射流最大速度出现的时刻、杵体断裂时刻和射流断裂时刻以及典型时刻沿对称面射流速度梯度分布均有所差别。结果对比分析表明,三维数值计算模型比准三维计算模型能更全面准确地模拟出射流的成型过程,获得的结果更可靠。     

椭圆形罩线型聚能装药射流成型过程数值模拟研究

为了获得椭圆形罩线型聚能装药射流成型的特点和规律,采用数值模拟的方法对其进行研究。运用正交设计方法和ANSYS/LS-DYNA软件得到了较优的试验方案和射流成型的数值模拟过程,以及射流成型过程的特点、3个典型时刻沿对称面射流速度梯度、射流最大速度和杵体最小速度随时间变化关系。结果表明,相对于常见的楔形罩LSC,椭圆形罩LSC形成的射流较长且均匀,质量相对较大,速度也较高;形成的杵体速度梯度小,横断面外形近似为椭圆形,质量相对较小且集中;射流最小速度位于两翼处而非杵体上。     

端面效应对椭圆罩线型切割器射流成型的影响

为了研究端面效应和装药长度对椭圆形罩线型聚能装药射流成型性能的影响特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA对方案进行了三维数值模拟,获得了不同时刻射流的成型图片。结果分析表明:端面效应使得装药形成的射流质量和速度均有一定程度的下降;在装药长度不同的条件下,端面效应对射流成型的影响也不同;当装药长度小于20 mm时,基本不能形成射流;当装药长度大于20 mm小于80 mm时,对于某一装药长度,形成的射流最大速度逐渐增大至某一固定水平,装药长度范围内可以形成比较稳定的射流。为了尽量降低端面效应对射流成型的不利影响,装药长度需要大于80 mm。研究成果可以为线型聚能装药射流成型的理论研究和装药结构的选择提供参考。     

单角度楔形罩LSC对X光底片盒影响的试验研究

为了获得单角度楔形罩LSC对X光试验中底片盒的影响特点,指导X光试验中底片盒的设置,采用模拟试验进行研究,获得了单角度楔形罩LSC在爆炸时对不同距离处模拟底片盒的影响特点和规律。当底片盒距LSC中心1.2m时,爆炸危害效应的影响较大,会导致其发生一定程度的变形和损坏;当底片盒距LSC中心1.5m时,爆炸危害效应的影响较小,不会使其发生变形和损坏。因此,为保证底片盒的安全,底片盒距LSC中心的安全距离需不小于1.5m。     

起爆方式对截底椭圆形罩LSC射流成型影响的三维数值模拟

为了研究起爆方式对截底椭圆形罩LSC射流成型性能影响的特点和规律,运用ANSYS/LSDYNA对不同起爆方式下截底椭圆形罩LSC射流成型过程进行了三维数值模拟,获得了不同时刻射流横断面和正面的成型图片、射流最大速度时程曲线和射流最大速度及其出现的时刻。结果表明,对于顶部中线均布多起爆点,两端起爆时差在3μs以内时,形成的射流最大速度较大,约为4260⁴290m/s,成型性能较好,当起爆点数量大于4时,可以认为是顶部中线线起爆;对于两侧棱上均布多起爆点,两端4点同时起爆时形成的射流最大速度较大,约4800m/s,当两侧棱上均布起爆点数量大于6时,可以认为是两侧棱上线起爆;就射流最大速度而言,两侧棱上均布多起爆点普遍大于顶部中线均布多起爆点。因此,起爆方式对LSC射流成型性能影响较大,研究结果在丰富LSC射流成型理论的同时,为实际应用LSC时选择合适的起爆方式提供了参考。     

隔板宽度对线型聚能射流成形特性影响数值模拟

为研究隔板宽度对线型聚能射流成形的影响,利用惠更斯原理,对隔板宽度对爆轰波形及射流速度的影响进行理论分析,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对六种隔板宽度下线型聚能射流成形过程进行数值模拟。结果表明:当隔板宽度相对值(隔板宽度与药型罩宽度比D/d)在0.6~0.8时,线型聚能装药成形聚能射流特征参数受隔板宽度变化影响较大,根据目标的特性,优化选择合适的装药结构可以显著提高聚能射流的终点毁伤效应;相对于无隔板条件下成形的线型聚能射流,当隔板宽度相对值达到0.9时,线型聚能射流速度为4640 m/s,提高了22.3%。     

柱-锥结合线型药型罩射流特性的数值模拟

为了提升线型聚能装药的切割能力,在锥形线型药型罩的基础上设计了一种新型柱-锥结合线型药型罩,并采用数值模拟软件ANSYS/ls-dyna对柱-锥结合线型药型罩、圆弧顶线型药型罩、锥形线型药型罩射流的形成及切割45号钢板的过程进行了数值模拟,通过对比3种结构药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸断裂时间、对45号钢板的切割能力来确定设计方案的可行性。研究表明:柱-锥结合线型药型罩形成射流的头部速度最高,相对锥形线型药型罩提高了约12.6%,相对圆弧顶线型药型罩提高了约5.4%;而且柱-锥结合线型药型罩形成的射流拉伸性能较好,能量更高,对45号钢板的切割能力最强,相对圆弧顶线型药型罩提升了约26.7%,相对锥形线型药型罩提升了约58.8%。     

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。     

压实造型过程的有限元数值模拟

在铸造生产的造型方法中,粘土砂湿型造型是涉及离散的材料体系、材料非线性、几何非线性、接触非线性等问题共存的一个复杂的力学过程,因此对造型过程进行数值模拟比较困难。采用有限元方法是求解非线性问题的的有效数值方法。采用ANSYS软件对湿砂造型中的压实造型过程进行数值模拟,取得了较好的结果。     

线性聚能射流作用下岩石裂纹扩展数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立楔形药型罩厚度为0.2cm,锥角分别为45°、60°、90°,炸高为4cm的三种线性聚能药包劈裂岩石的数值模型,对比分析三种不同锥角聚能药包劈裂岩石的裂纹扩展情况。结果表明:当药型罩锥角为45°时,岩石形成较为完整的断裂裂纹,且对劈裂过程进行力学分析得到岩石裂纹扩展方向是由射流作用在岩石内部的拉应力集中程度决定的,可为聚能射流在抢险工作中以及不打孔定向破碎岩石的应用提供参考。     

线性聚能射流作用下岩石裂纹扩展数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立楔形药型罩厚度为0.2cm,锥角分别为45°、60°、90°,炸高为4cm的三种线性聚能药包劈裂岩石的数值模型,对比分析三种不同锥角聚能药包劈裂岩石的裂纹扩展情况。结果表明:当药型罩锥角为45°时,岩石形成较为完整的断裂裂纹,且对劈裂过程进行力学分析得到岩石裂纹扩展方向是由射流作用在岩石内部的拉应力集中程度决定的,可为聚能射流在抢险工作中以及不打孔定向破碎岩石的应用提供参考。     

注塑成型冷却过程的数值模拟

采用循环平均假设，忽略模壁温度的周期变化，将模具的传热简化为三维稳态热传导总是，考虑到注射模的结构特点（型腔为狭缝面，冷却孔细长），推导出求解其温度场的边界积分方程；注塑件的传热简化为一维瞬态热传导，给出确定其冷却时间及表面循环平均热流的方法；通过模具及塑件传热的耦合迭代分析，使模具－塑料件界面的温度和热流满足相容条件，最终确定模具型腔的温度分布及塑件的冷却时间。最后通过一个例子说明数值模拟在冷却系统设计中的应用。     

起爆形式对线性成型装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下对三种起爆方式下线性成型装药射流形成差异进行了理论和数值模拟分析,得出了不同起爆方式下射流头部速度的大小关系、射流内部速度的分布规律。在此基础上进一步提出了三种起爆方式下线性成型装药切割目标的恰当的数值模拟方法。     

塑料注射成型保压过程数值模拟

基于粘性流体力学的基本理论，通过对保压过程进行深入，细致的分析，提出了合理的假设并进行了必要的简化，建立了可压缩，非牛顿粘性流体在模具型腔中非等温流动的数学模型，选用了恰当的材料性质模型〈确一了合理的初始条件和边界条件，并采用有限元／有限差分耦合解法求解数学模型实现对保压过程的模拟，模拟结果与实验结果吻合较好。     

线性聚能装药干扰杆式穿甲弹的数值模拟研究

聚能型爆炸反应装甲是目前最先进且具有三防功能的新型爆炸反应装甲。其中,大锥角线性聚能装药结构是反应装甲结构设计中最重要的部分,主要用来拦截来袭高速杆式穿甲弹。运用ANASYS/LS-DYNA有限元数值模拟仿真方法,对线性自锻破片干扰杆式穿甲弹的过程进行了数值模拟研究。通过对线性自锻破片成型过程、线性自锻破片对长杆弹的干扰过程和长杆弹侵彻后效靶板过程进行深入分析,得出了长杆弹被线性自锻破片干扰后穿甲威力下降的两个主要原因。经实验验证,数值模拟与实验结果基本相符。