爆速对爆炸焊接结合界面波形的影响研究

本文通过爆炸焊接结合界面波形来对爆炸焊接质量进行定量研究,通过SPH数值模拟、经验公式与试验研究相结合的方法,对板板爆炸焊接的焊接结合界面进行研究。针对Q235钢的板板爆炸焊接的爆炸焊接窗口进行了分析,建立了Q235钢板板爆炸焊接的爆炸焊接窗口的经验公式。在此基础上针对Q235钢材料的的搭接焊,进行了炸药爆速约3 421 m/s和4 256 m/s的板板爆炸焊接数值模拟与试验研究,对爆炸焊接界面波形进行对比分析,同时获取了Q235钢板板爆炸焊接数值模拟与经验公式所获得的碰撞速度。结果表明,SPH-FEM耦合算法可以对爆炸焊接进行较为精准地计算,此算法可以作为爆炸焊接的有效算法。爆炸焊接时由于爆轰波的传播及爆轰产物的飞散,会产生边界效应,边缘位置处的碰撞速度小于中心位置。炸药的爆速越大,焊接结合界面的波长越长、波幅越大。当炸药爆速过大时,结合界面会出现过熔现象,从而影响界面结合强度。     

钢管混凝土柱对爆炸冲击波影响的数值模拟研究

通过LS-DYNA软件对两种截面的钢管混凝土柱在爆炸荷载下爆炸冲击波的传播过程进行了三维数值模拟。混凝土采用HJC模型,钢管采用了考虑应变率的随动硬化塑形模型,炸药采用TNT炸药,使用LS-DYNA程序中的高能炸药爆轰产物压力-体积关系的JWL状态方程分析了爆炸冲击波的传播过程,得到了在不同比例距离下爆炸冲击波在通过两种截面柱子时超压峰值的衰减及增大规律。     

高能炸药爆轰过程的广义插值物质点法模拟

针对运用标准物质点法(MPM)对高能炸药爆轰过程进行数值模拟时,由于跨网格误差的存在,求解精度较低,计算稳定性较差等不足,将一种新算法——广义插值物质点法(GIMP)扩展到此类问题的数值模拟中.爆轰气体采用无粘性流体模型来描述,并假设整个爆轰过程是绝热的,建立了欧拉形式的控制方程.高能炸药选用TNT,并采用JWL状态方程进行描述.采用GIMP方法分别对一维板条TNT爆轰和二维聚能装药爆轰进行了数值计算,给出了TNT板条起爆后几个典型时刻的密度、内能和压力分布曲线以及聚能装药爆轰过程中速度矢量图和压力分布云图,成功捕获了聚能装药爆轰过程中的主要物理特征.数值计算结果表明,GIMP比标准MPM在计算精度以及稳定性上都有很大的提高,能够很好地模拟高能炸药的爆轰过程.     

基于SPH方法的二维水下爆炸冲击载荷计算

水下爆炸包含了一系列复杂的物理过程,这些复杂的物理现象对数值计算提出了很高的要求.介绍了无网格光滑粒子流体动力学(SPH)方法在水下爆炸模拟中的应用,计算了TNT在近似无限水域中爆炸和沉底装药下爆炸产生的冲击波强度,分析了水下爆炸流场参量分布和变化规律,为水下非接触爆炸数值模拟提供参考.     

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。     

爆炸冲击波作用下建筑结构动力特性的数值模拟与试验

利用ALE算法和炸药爆轰产物JWL状态方程,采用动力分析有限元程序LS-DYNA3D,对2层框架结构建筑物在爆炸冲击波作用下的动力特性进行数值模拟,并通过结构模型的爆炸试验,得出不同位置处质点压力和加速度时程曲线.研究表明,数值模拟与现场试验结果基本吻合,汽车炸弹在近距离爆炸时对建筑物的破坏威胁较大.     

水下爆炸三维数值模拟特征参量敏感性分析

为探究水下爆炸三维数值模拟时网格尺寸和计算水域大小对计算精度的影响,并给出可平衡三维水下爆炸数值模拟精度与效率的参数设置,基于LS-DYNA水下爆炸三维自由场计算模型,以水下爆炸冲击波峰值、气泡脉动特性以及水域运动特性为衡量指标,在50～300 kg炸药爆炸质量下,分别分析了网格尺寸、水域大小对数值模拟精度的影响。研究结果表明：网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心点到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径时,软件可较为准确地模拟水下爆炸冲击波及第1次气泡脉动全过程。综合考虑计算精度与计算效率,建议进行水下爆炸数值模拟时,网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径。     

声固耦合方法在舰船水下爆炸中的应用

文章旨在探讨用声固耦合算法模拟舰船水下爆炸是可行的.该文应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法对舰船几种典型的水下爆炸模型进行了计算和分析,总结和分析了采用声固耦合算法进行水下爆炸数值模拟分析时应注意的方法和技巧,并把部分计算数据和实测数据进行对比分析,结果表明:运用数值分析的手段可以比较真实地模拟舰船水下爆炸的实际,计算结果与实测数据基本吻合,可以满足工程要求.对与水下爆炸相关的工程计算有一定参考价值.     

并敷爆炸材料传爆状态的数值模拟及分析

为研究并敷爆炸材料的传爆状态，利用ANSYS／LS-DYNA 2D对不同爆速爆炸材料并敷段的爆轰过程进行了数值模拟，其结果与实验结果和理论分析结果吻合的很好，验证了理论分析的合理性，同时证明了数值模拟方法在并敷爆炸材料爆轰波传播中的适用性和科学性。研究工作对于光面爆破、预裂爆破等爆轰机理的研究和工程爆破实践具有重要的指导意义．     

基于聚能随进技术的冰凌爆破数值模拟及试验研究

基于聚能随进破冰器及LS-DYNA数值模拟技术,研究了给定量炸药在水下不同装药深度爆炸时水体表面20 cm厚的冰体的破坏特征,分析了冰面、冰内爆炸与冰下爆炸的结果,可知冰下爆炸的效果要比冰面及冰内爆炸的效果好得多,并将数值模拟结果与现场试验结果进行了对比,验证了数值模拟的可靠性.研究结果对基于聚能随进技术的破冰器材的型号研发系列化有很好的指导意义.     

圆筒结构水下爆炸数值实验研究

采用大型有限元计算软件ANSYS／LS－DYNA对圆筒结构水下爆炸进行数值实验研究，对流场边界的约束进行讨论，并提出人工边界在确定边界约束上的应用。数据实验的计算结果与海军工程大学的圆筒结构水下爆炸的试验数据进行对比分析，得出用在一定范围内ANSYS／LS－DYNA有限元计算软件计算水下爆炸是可行的。     

Improved Implicit SPH Method for simulating free surface flows of power law fluids

Implicit smoothed particle hydrodynamics method has been proposed to overcome the problem that only very small time steps can be used for high viscosity fluids(such as power law fluids)in order to obtain a stable simulation.However,the pressure field is difficult to simulate correctly with this method because the numerical high-frequency noise on the pressure field cannot be removed.In this study,several improvements,which are the diffusive term in the continuity equation,the artificial viscosity and a simplified physical viscosity term in the momentum equation,are introduced,and a new boundary treatment is also proposed.The linear equations derived from the momentum equation are large-scale,sparse and positive definite but unsymmetrical,therefore,Conjugate Gradient Squared(CGS)is used to solve them.For the purpose of verifying the validity of the proposed method,Poiseuille flows with Newtonian and power law fluids are solved and compared with exact solution and traditional SPH.Drops of different fluid properties impacting a rigid wall are also simulated and compared with VOF solution.All the numerical results obtained by the proposed method agree well with available data.The proposed method shows the higher efficiency than traditional SPH and the less numerical noise on the pressure field and better stability than implicit SPH.     

基于C++AMP的两相并行SPH 流动模拟

随着多相流技术在石油工业的地位的提高,对多相流动数值模拟的要求也随之提高。传统的基于网格的数值方法如FDM和FEM处理运动交界面位置时十分困难,近些年兴起的无网格方法则善于处理该类问题。SPH是无网格方法中一种较为成熟的方法,相比其他无网格数值方法,基于粒子构架的性质使得SPH法在追踪相间边界的移动变化上有天然优势。为提高程序效率和数据处理能力,对SPH两相流动模拟进行了并行化处理,并行手段为在GPU上使用C++AMP技术。GPU有利于计算流体动力学方法的并行化处理,与传统异构计算技术如CUDA和OpenCL相比,C++AMP在GPU上的并行处理无需预编译,更加简便。通过算例对串行和并行SPH两相流动模型进行了比较,结果表明,并行后的程序有显著的效率提升。     

水下爆炸气泡脉动的数值计算

水下近场爆炸可分为装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动.尽管气泡脉动压力峰值较冲击波小,但是近场水下爆炸气泡能量的衰减较冲击波慢,所以其对结构的影响却是不可忽视的.在充分考虑了能量的消耗,加入了虚拟力以及气泡能对整个气泡脉动特征的影响后,改进了水下爆炸引起气泡的脉动规律和水中压力分布规律的基本方程.利用采用龙格-库塔数值方法计算出了气泡的脉动直径、周期、速度和水中压力.所得计算结果与已有的各实验数据吻合良好.因此说明该方法对气泡脉动的描述非常符合真实情况.通过分析得出在近场时冲击波和气泡脉动压力波对于结构的破坏都有重要作用.     

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。     

舰船近场爆炸反射波对气泡射流特性影响

水下爆炸冲击波遇到物面(如船底表面、海底等)将产生反射冲击波,对于近场爆炸,由于爆炸形成的气泡距离物面较近,气泡在运动过程中将遭遇物面反射冲击波.为了探讨反射冲击波对水下爆炸气泡特性的影响,假设冲击前期惯性力起主要作用,依据理想流体势流理论,建立了反射波作用下气泡运动模型,并采用边界积分法求解.在此基础上,给出了舰船近...     

Investigation on the Determination of Initial Shock Pressure at Near Interface Field of TNT Charge and Water for Underwater Explosion

There are few report on the directly measurement of the initial shock pressure of explosive charge at its interface of water for underwater explosion. The special technologies have been taken to the measurement system with manganin piezoresistive gauge （PRG） in order to measure the initial shock pressure at the interface and its near field of TNT chare and water. The free-holding PRG film gauge can directly determine the shock peak pressure at the interface and near field of TNT charge up to 12.85 GPa, which is satisfying for the good agreement to the 12.97 GPa with one dimensional theoretical analysis and 12.86 GPa with numerical simulation. The maximum discrepancy is 0.93 %. The results show that it is precise and reliable to determine the initial shock pressure of underwater explosion charge with the PRG technology.     

水下爆炸时舰船冲击环境与冲击因子的关系

对舰船在遭受典型武器命中后的冲击环境及冲击因子的研究,是考核舰船生命力问题的重要组成部分．为了提高舰船的抗冲击性能,结合大型有限元动力分析软件LSDYNA对某型舰进行了数值仿真实验研究,计算了典型武器的攻击对全船的加速度的响应,并给出了冲击响应(加速度)的统计规律以及对冲击因子进行了分析．数据分析表明：冲击响应(加速度)峰值基本上符合Weibull分布,并且炸药当量的变化以及爆炸位置的不同对冲击响应会产生不同的影响．这对于整个舰船的生命力研究有着重要的意义．     

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象.最后,结合大型非线性有限元软件ABAQUS,模拟了船体板在水下爆炸载荷作用下的变形和响应特征.模拟结果表明,间断迦辽金法能够实现对水下爆炸船体结构响应精确模拟,板架结构响应与爆心距离成反比.