爆炸复合边界效应的数值模拟

借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,运用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对爆炸复合边界效应进行了二维数值模拟。模拟结果再现了爆炸复合过程中的射流现象和边界效应。研究结果表明,爆炸复合边界效应的产生原因并非是边界处的冲击能量过剩,在基-复板碰撞之前,断裂就已经产生。采用SPH方法对爆炸复合边界效应进行模拟研究具有一定的科学价值。     

双面爆炸焊接的数值模拟

双面爆炸焊接一次起爆可同时焊接两组复合板,而且使炸药临界厚度显著降低,提高了炸药的能量利用率,解决了爆炸焊接现存的高噪低效问题。借助ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,运用光滑粒子流体动力学方法(SPH)与有限元(FEM)耦合算法,对双面爆炸焊接进行了三维数值模拟,并将模拟结果与实验结果和理论计算结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与实验结果较吻合,且与Deribas的理论计算结果一致性较好,说明Deribas公式和SPH-FEM耦合方法对双面爆炸焊接具有较好的指导意义。     

爆炸压实过程中颗粒碰撞问题的SPH法数值模拟

 目前采用SPH无网格方法对大变形问题进行数值模拟已成为计算机仿真技术的研究热点。利用LS-DYNA程序中的SPH法对粉末爆炸压实过程中颗粒的碰撞问题进行了数值模拟。在二维及三维模型下，模拟出了微射流的产生及孔隙塌缩闭合过程，验证了粉末压实理论。另外还利用三项式状态方程及Rankine-Hugoniot关系推导得出了LS-DYNA中采用的高压下固体材料的Grüneisen状态方程。     

装药方式对铜/钢爆炸焊接界面波的影响及波形成机理

为了改善爆炸焊接质量,解决高噪低效的问题,选取Cu为复板、Q235钢为基板,采用LS-DYNA软件和光滑粒子流体动力学方法分别设计了均匀布药和梯形布药方案,研究了硝铵炸药对爆炸焊接界面波的影响。均匀布药结果显示:沿着爆轰方向碰撞压力逐渐增大;炸药量越多,碰撞压力越大,界面波波形越大。梯形布药方案中,通过改变炸药起爆端和末端的高度,设计了4种方案,结果显示:梯形布药可以消除爆炸焊接界面波不均匀现象,使界面波形尺寸基本保持一致,而且节省了炸药用量;当起爆端和末端的高度分别为67.2 mm和42.0 mm时,波形效果最好。通过研究界面波的形成过程可知,SPH法模拟的界面波形成过程与复板流侵彻机理的一致性较好,证明了复板流侵彻机理解释界面波形成过程的有效性。     

等直径微液滴碰撞过程的改进光滑粒子动力学模拟

运用一种改进光滑粒子动力学(SPH)方法模拟了相溶和不相溶两种情况下的等直径微液滴碰撞动力学过程. 为提高传统SPH方法的数值精度和稳定性, 采用一种不涉及核导数计算的核梯度改进形式; 为处理液滴界面张力采用修正的van der Waals表面张力模型. 通过模拟牛顿液滴碰撞聚并变形过程并与相关文献或试验结果进行对比, 验证了改进SPH 方法模拟微液滴碰撞过程的可靠性. 随后, 研究了基于van der Waals模型相溶聚合物微液滴碰撞聚并变形过程及不相溶微液滴碰撞后的反弹、分离过程, 讨论了碰撞过程中碰撞速度、碰撞角度、密度比等参数对碰撞变形过程的影响, 分析了流体桥、旋转角度等因素的变化情况. 关键词： 光滑粒子动力学 微液滴 聚合物液滴 碰撞     

耦合方法在超高速碰撞数值模拟中的应用

 相比于传统的数值方法，无网格光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）更适合模拟超高速碰撞问题，它能够清晰地模拟材料界面，并且能够克服中网格大变形导致的数值不稳定。然而在SPH方法中，为了得到t时刻一个节点上的物理量，需要先找出与它相互作用的临近节点，导致计算速度很慢，计算所需的时间远远大于有限元方法所需的时间。采用SPH与Lagrange法相耦合的方法对3D超高速碰撞过程进行了模拟研究。计算结果表明：SPH与Lagrange法耦合方法的计算结果与SPH计算结果精度接近，并且能够大大地节省计算时间。     

二维管道充填过程的修正SPH模拟

通过施加一种密度初始化方法对传统光滑粒子动力学(SPH)方法进行修正,提出一种修正SPH方法.同时,为了提高边界上数值计算的准确性,提出一种新的固壁边界处理方法.通过修正SPH方法模拟液滴拉伸问题和溃坝问题,验证修正SPH方法的准确性和可靠性.随后,对研究很少的管道充填过程进行修正SPH模拟,并讨论Re对流场及涡的影响.数值结果表明,修正SPH方法能够准确模拟牛顿流体管道充填过程,且流动受Re的影响较大.     

基于光滑粒子动力学方法的液滴冲击固壁面问题数值模拟

采用改进的光滑粒子动力学(SPH)方法对液滴冲击固壁面问题进行了数值模拟. 为了提高传统SPH方法的计算精度和数值稳定性, 在传统的SPH方法的基础上对粒子方法中的密度和核梯度进行了修正, 采用了考虑黎曼解法的SPH流体控制方程, 构造了一种新型的粒子间相互作用力(IIF)模型来模拟表面张力的影响. 应用改进的SPH方法对液滴冲击固壁面问题进行了数值模拟. 计算结果表明：新型的IIF 模型能够较好地模拟表面张力的影响, 改进的SPH方法能够精细地描述液滴与固壁面相互作用过程中液滴的内部压力场演变和自由面形态变化, 液滴的铺展因子随初始韦伯数的增大而增大, 数值模拟结果与实验得到的结果基本一致. 关键词： 液滴 固壁面 光滑粒子动力学 表面张力     

非等温eXtended Pom-Pom泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学方法模拟

开展非等温黏弹性泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟,其中流体的黏弹特性依据eXtended Pom-Pom(XPP)本构模型进行建模和计算。推导温度方程的SPH离散格式,并依据时温等效原理考量流体的黏弹特性对温度的依赖。将SPH模拟结果与利用有限体积方法得到的结果进行比较,验证SPH方法模拟非等温XPP泊肃叶流动的准确性和有效性。利用4个不同粒子初始间距进行模拟,讨论SPH方法的数值收敛性。研究温度方程的引入对泊肃叶流动带来的影响。深入分析不同物理参数对流动过程的影响。     

高速碰撞问题的三维SPH数值模拟

以刚性弹体斜侵彻厚靶问题的三维SPH数值模拟研究为工作重点。以三维拉氏有限元流体动力学程序为基础，建立了适用于长杆弹斜侵彻问题研究的刚性弹体与SPH靶体相互耦合的三维数值模拟程序。     

应用SPH方法对平板铅飞层对碰凸起动载行为的数值模拟研究

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,模拟研究了两点起爆圆柱炸药驱动组合飞层(铝+铅)的动载行为,得到了爆轰波对碰区铅飞层类似射流状超前凸起的计算图像。模拟结果表明,对碰凸起呈现与实验结果相同的分层结构,且凸起头部具有散碎特征,根部相对密实。因此,SPH方法能够较好地模拟铅这类低熔点、低强度金属在对碰区中出现的散碎等破坏现象。     

Numerical investigations of the effect of oblique impact on particle deformation in cold spraying by the SPH method

In this study, a systematic examination of the oblique impacting of copper particles in cold spraying was conducted by using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method compared to the Lagrangian method. 3D models were employed owing to the asymmetric characteristic of the oblique impacting. It is found that in the oblique impact, the additional tangential component of particle velocity along the substrate surface could create a tensile force and decrease the total contact area and bonding strength between the particle and the substrate. The simulation results compare fairly well to the experiment results. Meanwhile, the asymmetric deformation can result in the focus of the shear friction on a small contact zone at one side, which may rise the interfacial temperature and thus facilitate the occurrence of the possible shear instability. Therefore, there probably exists an angle range, where the deposition efficiency may be promoted rather than the normal angle. Moreover, the particle deformation behavior simulated by the SPH method is well comparable to that simulated by the Lagrangian method and the experimental results, which indicates the applicability of the SPH method for simulating the impact process in cold spraying besides the previously used Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method.     

多层非晶薄带爆炸焊接实验设计

 非晶材料的高强度及其对温度的敏感性,导致爆炸复合制备非晶块体时下限较大而上限较小,使得焊接窗口较窄。通过对非晶薄带涂铜以降低表面硬度,分析表明其不仅能降低下限,同时使高速撞击产生的热量主要集中在涂层上,减小非晶薄带的受热影响区域;再利用损伤力学的思想,在装置设计时采用增设缺陷的方法,以削弱到达焊接界面的反射拉伸波强度,提高焊接上限;降低的下限和提高的上限能使焊接窗口有效地扩大,从而使爆炸复合制备非晶块体易于实现。     

复板静载弯曲挠度对爆炸焊接参数的影响

 爆炸焊接是利用炸药爆轰压力工作的固态焊接技术，广泛应用于制造层状金属复合材料。但对薄复板施焊安装过程中，薄板在自重及炸药重量作用下将发生弯曲。基于弹性力学薄板理论，得出了复板受均布载荷作用下产生的挠度及转角表达式；又通过分析爆炸焊接过程中的基、复板的运动参数，结合再入射流形成的声速限条件、流动限条件，推导出爆炸焊接时射流形成的预置角范围；最后将两者结合推导出在给定复板材料及长、宽的条件下，成功施焊所要求的复板最小厚度。     

多层非晶薄带爆炸焊接温度场模型

 从非晶合金形成的特点出发，结合爆炸焊接传热的特殊性，提出用一种方波形温度场模型来解释非晶薄带爆炸焊接后能保证非晶态的原因。结果表明此模型符合非晶薄带爆炸焊接的实际情况。     

Metallic glass coating on metals plate by adjusted explosive welding technique

Using an adjusted explosive welding technique, an aluminum plate has been coated by a Fe-based metallic glass foil in this work. Scanning electronic micrographs reveal a defect-free metallurgical bonding between the Fe-based metallic glass foil and the aluminum plate. Experimental evidence indicates that the Fe-based metallic glass foil almost retains its amorphous state and mechanical properties after the explosive welding process. Additionally, the detailed explosive welding process has been simulated by a self-developed hydro-code and the bonding mechanism has been investigated by numerical analysis. The successful welding between the Fe-based metallic glass foil and the aluminum plate provides a new way to obtain amorphous coating on general metal substrates.     

多层非晶薄膜爆炸焊接原理

 从冲击动力学原理出发，建立了多层薄膜爆炸焊接的动力学模型。多层薄膜组合从某种意义上讲可以看成是一种特殊的多孔材料，其在冲击波作用下的行为完全可用多孔材料状态方程来描述。文中还针对非晶态材料的特点，建立了多层焊接的传热模型。计算结果表明，多层爆炸焊接完全可以保证非晶态材料不发生相变。     

裸爆和特制半球形结构内爆超压对比实验研究

 爆炸焊接过程会产生爆炸地震、冲击波、有毒气体和噪音等有害效应。设计并制作一个直径为36 m、入口和排烟口直径分别为8 m的半球形结构,用以降低爆炸焊接过程中产生的超压影响。为了研究实际超压降低效果,进行了裸爆和按1/6比例建立的半球形结构内爆炸的超压对比实验。实验结果表明：当超压的传播距离大于20 m时,这种半球形结构能有效降低爆炸焊接过程中产生的超压;对于相同的超压传播距离,切线方向（垂直于半球形结构入口方向）比径向方向（半球形结构入口方向）的超压降低效果好。结合冲击波的传播和反射特点,对超压降低的可能原因进行了分析。