钝感炸药爆轰过程中人为粘性与空间步长的匹配关系

在数值计算平面爆轰波中,当爆轰波达到稳定状态时,数值计算结果要符合Chapm an-Jouguet理论。本文采用修正的JWL产物状态方程和Hybrid反应率,导出了钝感炸药PBX9502的人为粘性系数与空间步长的匹配关系。符合此条件时,爆轰波速度及声速点的状态———压力、密度及内能等符合C-J条件,几乎不受空间步长的影响,这样便可以使网格宽度加宽,利于在实际工程中应用。     

吸能边界条件下水下爆炸离心试验中冲击波传播特性数值模拟

受限于模型试验箱尺寸,水下爆炸离心模型试验中爆炸荷载在试验箱边界产生的反射波必然会影响试验的预期效果,因此减小模型箱边界效应将会大幅度还原试验实际情况并提高试验精度。基于耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法对水下爆炸离心模型试验进行数值模拟,通过试验和理论结果对比及1、2、4、6、8 mm和10 mm尺寸网格分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对比研究了5、10、15 mm和20 mm厚度橡胶和泡沫作为边界消能材料时水下爆炸离心试验中冲击波荷载的传播特性,分析了各边界材料的吸波耗能机理。结果表明：2 mm欧拉网格尺寸能够兼顾计算效率和计算结果准确性;在模型箱内壁敷设橡胶或泡沫材料能有效降低水下爆炸冲击波的反射效应;在5 mm厚度条件下,橡胶材料较泡沫材料对冲击波吸收效果更为明显,但随着材料厚度的增加,泡沫材料吸波效果更加优越;橡胶材料和泡沫材料对冲击波低频信号均有一定的抑制效果,而对高频段信号抑制效果较弱。     

舰船地震波传播机理及其在水雷引信中的应用研究

为了给舰船地震波在水雷引信中的应用提供理论依据,基于波动理论推导了两层半无限海洋环境中舰船地震波的激发机理和质点的运动规律,获取了舰船地震波的传播特性。理论分析结果表明：舰船地震波的波动成分有Scholte波和简正波,都存在低频截止和频散现象,当频率增加到一定值后,频散现象消失,且质点的运动轨迹为椭圆;Scholte波的质点振幅离开海底迅速衰减,其能量主要集中在一个波长深度内,并且其横向衰减慢。应用高阶交错网格有限差分法数值模拟了舰船地震波的传播过程,给出了场量的波场快照和时域波形,数值模拟结果验证了理论推导结论。开展了湖试试验,给出了湖底地震波信号的时频分布特性,分析了舰船地震波作为水雷引信接收物理场的可行性。     

基于高分辨率格式的高超声速气动热数值模拟研究

高超声速气动加热问题一直是高超声速飞行器设计中的关键,是气动布局设计、结构设计以及热防护选材等的重要依据。然而气动热的数值模拟受到网格尺度、数值格式等多种因素的影响,是目前计算流体力学的难点之一。本文选择典型的三维钝锥模型,主要围绕网格尺度、数值格式精度以及耗散对高超声速气动热问题展开相关研究。结果表明,随着网格雷诺数的不断增加,热流计算值呈现不断减小的趋势,在气动加热比较严重的部位,热流计算值对于网格尺度的敏感性更强;网格尺度较小时精度越高,热流计算越准确,而网格尺度较大时,具有高分辨特性的MDADF-HY格式更为占优;同时,适当的耗散也是数值格式能够准确计算热流的前提。     

爆炸波在岩体巷道中传播和能量耗散的数值分析

从工程实际出发,利用ANSYS/LS-DYNA程序数值分析了爆炸发生时岩层与巷道混凝土板中应力波传播与能量耗散过程,给出了上层岩石的损伤演化规律,分析了不同爆源位置对巷道混凝土板的破坏及其总能量的影响.数值计算表明,在爆炸近区,应力波衰减较快;封闭爆炸情况下,岩石破碎区范围为1.1～3.6倍药包半径,损伤区范围为3.6～10.0倍药包半径;随着爆源到混凝土板距离的减小,混凝土板吸收的能量逐渐减小.该计算结果对工程爆破具有一定的参考价值.     

无人机箱式发射助推火箭燃气流场数值模拟

对计算流体力学中的域动分层法动网格更新技术进行了阐述,并且应用该方法对无人机发射时的燃气流场进行数值模拟,得到全流场参数在三维空间上的时间分布.无人机每个时刻的运动速度事先根据推力曲线计算好,随着无人机的运动,根据相应变化的运动边界更新网格,并且计算新网格下的流场分布,相应的流场边界条件也会发生变化.通过分析计算得到的箱上各监测点的压力分布曲线,了解冲击波在箱体表面传播的过程和产生的影响,结果可以为工程应用提供有力的参考.     

无网格算法在膛口流场数值模拟中的应用

采用无网格算法对二维非定常膛口流场进行了数值模拟.将膛口计算域进行点云离散,采用曲线拟合计算传播导数,用HLLC格式计算数值通量,运用龙格库塔法时间推进,得到了一系列随时间顺序的数值计算结果,描述了膛口流场的形成发展过程,清楚地显示了流场波系结构的变化并对其进行了分析.计算结果与文献及实验结果相符,表明该数值计算方法可...     

大型工房内爆炸冲击波流场分布规律

为可靠掌握大型工房结构内爆炸冲击波流场分布特征,对缩尺比例分别为1:5、1:7.5和1:10的工房缩比模型以较小的网格尺寸(空气和炸药均按比例缩小)进行有限元计算.通过计算得出,具有相同单元数量的3个数值模型得到的被爆区相同比例距离处冲击波超压峰值完全一致,其冲量为模型的几何比例系数.进一步分析表明,具有相同网格结构的数值模型计算结果具有相似性,在爆炸冲击波仿真计算中网格绝对尺寸并非计算精度的决定因素.这一现象的发现,指出了提高大型复杂结构中爆炸冲击波计算可靠性的网格划分方法.在此基础上,对一种大型工房内爆炸冲击波的传播规律进行分析,发现冲击波从窗户流入、在被爆区地面及梁底的反射与绕射、不同方向冲击波的碰撞迭加等过程是造成被爆区内冲击波压力多次振荡并持续很长时间的主要原因,而工房内超压峰值较大的区域与冲量较大的区域并不重合,因此在进行工程安全评估时应予以重视.     

车辆柴油机缸套动载荷磨损计算模型研究

为实现车辆柴油机缸套动载荷磨损的数值仿真计算,基于大修柴油机缸套表面形貌分析,确定并提出了缸套动载荷磨损的模式与简化机理;结合Archard黏着磨损模型和二体磨粒磨损模型,推导了动载荷磨损深度的一般表达式;利用缸套试件磨损试验数据,采用响应面拟合法建立磨损系数中的参数与载荷参数的数值关系,并通过两组缸套动载荷磨损试验对磨损计算模型进行了验证。实测与计算结果对比表明,磨损质量最大计算误差为6.15%,模型具有可靠的精度。     

基于等效载荷的零件可靠性分析

研究了考虑强度退化时零件可靠度与载荷作用次数和时间的关系。当强度退化时,传统的载荷-强度干涉模型不能用于计算随机载荷多次作用时的可靠度。考虑载荷对零件造成的损伤,提出了基于等效载荷的可靠度计算模型。当载荷历程为泊松过程时,在强度为载荷作用次数和载荷大小的函数的前提下,得到时变可靠度计算模型。此外,当零件同时承受工作载荷和来自工作环境的载荷时,建立了多个载荷作用下的零件时变可靠度计算模型。数值算例表明,强度退化对于可靠性评估有着重要的影响。提出的模型适用于计算考虑强度退化时的可靠性变化规律。     

爆炸作用下坑道被覆结构局部破坏效应数值分析

文中利用LS-DYNA程序研究了坑道被覆结构在常规装药爆炸作用下的局部破坏效应。通过数值模拟可直观了解爆炸冲击波在被覆结构中的传播及与周围围岩的相互作用和分析被覆结构的受力特点。计算结果表明在爆炸应力波作用下混凝土被覆结构在反射拉伸波的作用下产生局部震塌破坏。     

微/纳米含能薄膜材料的制备与应用研究

采用物理气相沉积(PVD)技术研制了钝化太安炸药薄膜,对薄膜的微观结构和颗粒粒度进行了分析,对颗粒粒度与薄膜爆轰波稳定传播临界尺寸的关系进行了探索。结果发现颗粒粒度影响着薄膜的性质,构成炸药薄膜的颗粒粒度由微米级转化为纳米级将会缩小炸药薄膜的临界尺寸,有利于爆炸元件的微小型化。提出了含能薄膜材料向纳米化发展的方向。     

钢筋混凝土端面重墙结构的抗爆性能规律

为研究钢筋混凝土端面重墙结构在爆炸冲击波下的抗爆性能,依据最大TNT当量为300 kg的现场试验,对D1、D2、D33种不同构型端面重墙的损伤破坏规律进行数值模拟研究.基于LS-DYNA有限元分析软件,建立流体和固体耦合数值模型,计算得到3种重墙房屋结构在爆炸冲击波作用下的破坏形态,并利用试验结果校正模型参数.进一步利...     

射流冲击盖板覆盖下有限厚炸药的仿真和试验研究

为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲冲击波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs^-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。     

等离子体射流点火对燃烧转爆轰影响的二维数值计算

采用二维粘性CE/SE方法对等离子射流点火的多相爆轰进行了数值计算,分别以N-S方程和Euler方程为控制方程,对比了等离子体射流条件下粘性对爆轰流场的影响。分析了不同射流温度、时间及初始液滴半径对燃烧转爆轰过程的影响。计算结果表明：粘性作用对爆轰波的传播过程影响甚小,对爆轰参数数值大小有一定影响。提高初始射流点火的温度和时间,可以显著地缩短形成稳定爆轰的燃烧转爆轰距离（DDT）;当等离子体射流已经充分点燃可爆混合物,继续增加射流时间对缩短DDT影响较小。当液滴半径小于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而增加;当液滴半径大于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而减小。计算结果对脉冲爆轰发动机（PDE）的设计与实验具有一定的指导作用。     

主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究

为了研究爆炸冲击下深部岩石的破碎过程,建立主动围压约束及中心孔爆炸加载实验装置,利用动态测试技术、高速摄像和数字图像相关方法,得到动静组合加载下岩石内部的应变场和表面裂纹扩展过程。基于Johnson-Holmquist本构模型,对不同围压下岩石爆炸动态响应进行了模拟研究。对比结果发现：围压在圆柱试件环向形成压缩预应力,减弱了爆炸柱面波产生的环向拉伸破坏,破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压的增大显著减小;距离炮孔越远,爆炸应力波强度降低、围压对裂纹的止裂作用逐渐增强。结合弹性力学和柱面弹性波理论对动静加载下应力场的变化进行分析发现,围压产生的环向压缩应力减小了爆炸形成的拉伸破坏,这一结论与实验结果相同。数值模拟结果表明：von Mises应力场随围压的升高而增强,而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱,不同围压下的破碎半径和裂纹形态与实验结果基本一致。     

水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟

以实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水中爆炸冲击波传播及气泡脉动规律。应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水中爆炸冲击波及气泡脉动的全物理过程,并将计算结果与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确。以此为基础,分析和总结了网格密度、圆柱形炸药长径比、爆炸距离、爆炸角度对冲击波峰值的影响。有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

静爆冲击波在空气中的传播规律

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行了对比分析,提出了一个能较好描述冲击波超压峰值与当量比例距离关系的解析式。通过静止装药爆炸试验,测得距爆心不同距离处的超压-时间曲线,实测值与理论值能较好吻合,但是在距离爆心较近处仍存在一定偏差,并且实测曲线受到反射波影响较大。     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义.针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究.设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制.选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质...