混凝土靶体计及压实效应的球腔动态膨胀模型和侵彻计算

建立了一混凝土靶体的球腔动态膨胀的侵彻模型。靶体的静水压力一体积应变关系考虑了不同的密实混凝土模型。也研究了混凝土作为多孔材料在高压下的压实效应。混凝土有拉伸强度极限值，其剪切强度与压力相关为Mohr—Coulomb定律。球腔动态膨胀模型考虑球对称空腔在无限介质里从零半径开始以常速度膨胀，产生一塑性区和一弹性区。当膨胀速度足够小时，由于介质的低拉伸强度，塑性区和弹性区之间可存在一径向裂纹区。可由解析方法获得空腔表面压力和弹塑性区界面传播速度随空腔表面扩张速度变化的曲线，再由球腔动态膨胀模型所得的空腔表面压力分布用于计算混凝土靶体的刚性杆弹侵彻深度。本文模型的计算结果与经验公式，不可压缩和线性可压缩混凝土模型的进行了比较。     

旋流消能工内空腔旋流的能量特性

为了揭示旋流消能工内空腔旋流的能量特性,本文以公伯峡水电站为例,基于组合涡运动规律推导并建立了空腔旋流各类能量的计算公式,研究了空腔旋流的能量特性。结果表明,文中的能量计算公式在空腔旋流的能量计算中具有更好的适宜性,克服了常规能量方程在空腔旋流能量精确计算中的局限。旋流洞内空腔旋流的切向动能沿程减小;轴向动能和压力势能沿程波动变化,且相对轴向动能和相对压力势能沿程变化趋势相反;空腔旋流的总能量以轴向动能为主且沿程减小;在水平长度为15.5m的研究流段间其能量损失约占总水头的5%。并结合湍动能耗散率揭示了空腔旋流能量损失的主要组成部分。成果对旋流消能工的设计和深入认识旋流消能工内空腔旋流的能量特性具有指导意义。     

惰性芯体物性对阶梯形空腔装药结构爆轰驱动的影响

为研究惰性芯体物性对轴向阶梯形空腔装药结构爆轰驱动的影响规律,分别加工并装配了空腔内填充LY12铝、尼龙1011和无填充物三种技术状态的战斗部并进行了静爆实验,采用脉冲X射线成像测试技术获得了破片平均速度和飞散场形态;应用非线性动力学计算软件LS-DYNA,采用ALE算法进行了数值计算,分析了三种惰性芯体物性对破片场飞散形态、冲击波压力和破片初速的影响规律。结果表明:惰性芯体材料的冲击阻抗较主装药的冲击阻抗越大,对冲击波压力的影响越明显,作用于壳体表面的初始压力越大,主装药推动破片做功的能力越强,破片的速度越大,且惰性芯体物性的影响随着芯体半径的增大而增大。     

强磁场影响下镓液滴撞击固壁的实验研究

在材料的电磁冶金过程及磁约束核聚变装置中, 金属液滴在磁场和壁面温度影响下的撞击过程表现出复杂的动力学特性. 本文对水平磁场作用下液态镓(Ga)液滴撞击等温和过冷壁面的铺展和回弹特性进行了实验研究. 采用高速相机拍摄液滴撞击过程中轮廓的变化, 通过图像处理获得不同磁场强度、不同撞击速度和不同底板温度下的最大铺展因子、回弹过程中的最大高度以及产生的二次液滴的半径和速度. 碰撞速度由0.45 ~ 1.8 m/s, 磁场强度从0 ~ 1.6 T, 底板温度为30 °C, ?20 °C和?10 °C. 基于实验结果分析了磁场和壁面温度对液滴铺展和回弹的影响规律. 实验结果表明, 液滴撞击等温壁面和过冷壁面的最大铺展因子随We的变化均与理论预测关系式一致. 液滴撞击等温壁面的情况下, 不同的We下, 出现不同的回弹现象. 磁场抑制了平行于磁场方向的液滴铺展和回弹过程中二次液滴的产生, 而对回弹过程中的液滴在平行磁场方向上有拉伸作用. 液滴撞击过冷壁面时, 在一定的We值范围内, 同样会出现二次液滴分离现象, 此时产生的二次液滴的速度较小. 磁场的增强和We的增大都会导致液滴在高度方向的振荡减弱, 加速凝固过程.      

中频感应局部加热弯管回弹的研究

对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格，不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数，应力应变进行了分析和实验研究，提出了中频感应局部加热弯制大直径钢管的回弹理论，计算结果与有限元模拟结果以及实际弯制的２０，１０ＣｒＭｏ９１０和１２Ｃｒ１ＭｏＶ等钢管弯头实测的回弹量吻合良好。     

中频感应局部加热弯管的回弹理论分析和试验研究

对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格、不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数，应力应变进行了理论分析和实验研究，提出了中频感应避部加热弯制大直径钢管的回弹理论，并与实际弯制的２０、１０ＣｒＭｏ９１０和１２ＣｒＭｏＶ三种钢管弯头实测的回弹量进行了比较，理论计算和试验结果吻合良好。     

小比距离密闭空腔爆炸爆后气体温度和压力测量技术研究

为实现空腔爆炸温度、压力变化趋势的准确测量，基于铠装K型热电偶和压力变送器，建立密闭空腔爆后气体温度、压力测量系统。设计密封隔热防护装置，将传感器的敏感端与信号调理模块分别安装在两个密封腔内，有效提高了传感器在大当量爆炸冲击条件下的存活率。在0.86 m/kg1/3比距离密闭空腔大当量爆炸条件下，对传感器及防护装置的性能进行考核验证，爆后测量采集到了有效的气体温度及压力变化历程，且传感器状态能够最终恢复至正常状态。测试结果表明，使用密封隔热安装的K型热电偶和压力变送器可以满足小比距离密闭空腔爆后气体静态温度、压力测量需求。     

地下空腔解耦爆炸的数值模拟

采用一种Euler算法和Lagrange算法相结合的有限差分算法计算地下空腔解耦爆炸。对腔内气体,采用Euler网格,对腔外岩石,采用Lagrange网格,对不同半径的空腔爆炸引起的远场应力波和震源函数开展了数值模拟,重点分析了空腔尺度对震源函数的影响。结果表明,空腔增大会降低远场应力波峰值、地下爆炸的耦合强度和震源函数稳态值,但拐角频率随空腔的增大而增大。     

开式空腔流动的蒙特卡罗直接模拟

蒙特卡罗直接模拟(Direct Simulation Monte-Carlo)方法是一种基于分子动力论的随机性数值模拟方法，它在各类稀薄气体流动模拟中得到了广泛应用。本文首先讨论了DSMC方法的基本原理，引用文献结果论述了DSMC方法与Boltzmann方程的内在一致性，采用DSMC方法从分子运动论层次对过渡区开式空腔流动进行精细模拟，再现空腔内旋涡的形成及发展过程，了解复杂流场的流场特性。模拟和分析了空腔的形状(展弦比)、壁温以及Knudsen数(稀薄性)等因素对空腔内流动和旋涡结构的影响。研究表明，空腔的展弦比、壁面温度以及流动Knudsen数等因素对空腔内旋涡的大小、形状、位置、个数都有极大的影响，应用DSMC方法可以真实再现稀薄条件下的开式空腔流动。     

岩体中非填实爆炸空腔壁振动状态分析

采用流体动力学模型研究了地下空腔中化学爆炸冲击波的传播过程及空腔壁的运动状态。计算中体现了空气冲击波与空腔壁作用后激发的强谱振幅高频冲击波。在实验中 ,解决了空腔内传感器的防护和抗干扰等技术难题 ,测到了空腔壁的地运动加速度波形。通过对所测波形的时频域分析得出了非填实爆炸在源区和近区激发高频应力波 ,其频率明显高于填实爆炸的频率。这些特征与数值计算相一致。最后简略讨论了数值计算与实验测量中需解决的问题。     

射流对空腔噪声抑制效果研究

高速空腔流动的流场结构非常复杂,在一定条件下存在严重的压力、速度等脉动,诱发强烈的噪声,声压级可达到170dB,对腔内的导弹及其自身结构安全构成很大的威胁。应用基于两方程剪切应力(SST)的尺度自适应(SAS)分离流模型的CFD技术和气动声学频域理论(FW-H积分方程),模拟了射流对二维M219空腔(长深比L/D=5)内气动噪声变化情况,研究了空腔流动特性、流场结构及发声机理。在此基础上,首先对比分析了不同射流位置对空腔噪声的抑制情况,以此确定一个工程上可实现的射流位置;然后,对比分析了不同射流状态(不同的射流流量、温度)对空腔噪声的抑制情况。由此可知,跨音速(Ma=0.85)条件下,采用不同的射流状态对空腔噪声具有不同的抑制效果,其中随着射流量及射流温度的增大,噪声抑制效果更加明显。     

液态燃料对连续旋转爆轰发动机爆轰特性的影响

为了研究液态燃料对连续旋转爆轰发动机爆轰特性的影响,采用CE/SE方法对以汽油/富氧空气为燃料的CRDE进行数值模拟,分析了不同液滴半径、当量比对爆轰性能参数的影响。计算结果表明:随着液滴半径增大,爆轰压力峰值、温度峰值以及爆轰波速度均降低,且压力峰值与温度峰值在爆轰波传播过程中出现不稳定现象;当增大到70 μm时,爆轰波将无法成功起爆。随着当量比的增大,CRDE爆轰波速度及平均推力增大,爆轰压力、温度以及气相周向速度的峰值均先增大后减小。在当量比1.1附近,爆轰压力与温度的峰值出现极大值;而气相周向速度峰值的极大值出现在当量比0.9附近。基于燃料的比冲随着当量比增大而减小。     

基于ALE,CEL和SPH方法的球形破片高速冲击充液结构对比研究

为研究ALE,CEL和SPH方法在高速冲击流固耦合动力学数值分析中的差异性,开展球形破片高速冲击充液结构数值模拟研究。建立经文献资料验证的ALE,CEL和SPH三种动力学模型,研究了流体压力变化、形成的空腔尺寸、破片速度衰减变化和充液结构变形等模拟精度,并分析相应的计算成本。结果表明,ALE,CEL和SPH三种方法均能有效模拟破片高速冲击充液结构的流固耦合动力学过程;ALE方法预测的空腔尺寸精度较高;CEL方法预测的流体压力、破片速度衰减和充液结构变形精度较高;SPH方法预测的空腔尺寸、破片速度衰减精度较高;当网格尺寸一致时, SPH方法计算时长约为ALE和CEL方法的两倍,但SPH方法前后处理更加简便。     

考虑宏细观损伤的隧道裂缝区围岩弹塑性分析

针对以往隧道含裂缝围岩弹塑性分析仅考虑细观损伤的不足,本文在统一强度理论下考虑宏细观损伤因子、水的渗透压力以及中间主应力,推导出含裂缝区围岩的应力、洞室位移量的计算公式和考虑损伤的围岩抗力系数表达式;并应用于现有隧道分析计算。其计算结果表明:①不考虑宏观损伤会使计算的细观裂缝区半径偏小;②宏观裂缝区半径不变,细观裂缝区半径随着支护抗力变大而变小;③随着细观裂缝区半径增大,洞室位移量随着弹性模量增大而减小,且随着内聚力增大而减小,泊松比越大,其增长曲线斜率越大,细观裂缝区半径较小时,洞室位移量随着泊松比增大而减小,细观裂缝区半径较大时,洞室位移量随着泊松比的增大而增大。研究成果可以为隧道工程支护力的确定以及支护结构的选取提供理论参考。     

考虑固结的基坑开挖回弹问题有限层求解

在综述前人有关基坑变形研究成果的基础上,指出开挖回弹量直接影响到基坑的稳定性和建筑物的后期沉降,但相关研究很少考虑土体在开挖过程中的固结影响.现引入固结有限层法,通过增加开挖部分的耦合矩阵和开挖部分的渗透矩阵,建立三维横观各向同性土体考虑固结的开挖回弹问题的有限层求解格式,并编制了相应的计算程序,以分析开挖过程中坑底土体的动态固结过程和负孔压的消散规律,研究固结对坑底土体回弹的影响程度.结果表明坑底土体的孔压随时间逐步消散,从负孔压慢慢消散到零,且符合Mandel-Cryer效应,坑底的回弹量随时间不断增加,且中心点回弹量较大,边缘点回弹量相对较小,总体成中心对称的倒锅底形.     

光斑尺寸对K9玻璃近红外激光损伤阈值的影响

基于热弹性模型 ,用有限元法对不同光斑近红外激光辐照下K9玻璃样品中的温度和压力分布进行了计算。对厚 2mm、半径 10mm的圆片样品的计算结果表明 ,K9玻璃的损伤受表面环向拉伸应力的控制 ,光斑大小对损伤阈值有较大的影响 ,对光束总入射功率为 2 8kW的激光辐照 ,当光斑半径从 0 .4mm增加到 3mm时 ,损伤所需时间从 14ms增加到 1s。在一定光斑尺寸范围内 ,样品损伤 (表面拉伸断裂 )所需的激光功率密度在同一量级内变化 ,在更小光斑时 ,损伤时的最高温升趋于 5 6 5K。     

空腔膨胀理论靶体阻力模型及其应用研究进展

从静/动态空腔膨胀模型的理论体系出发,介绍了空腔膨胀模型在不同方向上取得的成果,主要涉及理想侵彻条件的空腔膨胀压力计算模型及数值模拟方法和空腔膨胀模型在典型侵彻问题及复杂弹靶条件下的应用。在理想侵彻条件下的空腔膨胀压力计算模型中,主要讨论了靶体材料、屈服准则和状态方程对空腔边界应力的影响规律及空腔膨胀模型的适用性问题;根据数值模拟中初始条件的不同,介绍了空腔表面恒定速度/恒定压力两种数值模拟方法,证明了数值模拟方法的可靠性;整理了空腔膨胀模型的基本假设、适用范围、工程应用特点,列举了其在典型侵彻问题及多层复合靶板、约束靶体、弹体刻槽和异形截面形状弹体等复杂弹靶条件下的应用。针对空腔膨胀模型的研究现状,总结了目前空腔膨胀模型在冲击动力学领域的应用方向,归纳了空腔膨胀模型应用中尚存在的问题,展望了空腔膨胀模型下一步的重点发展方向。     

磁流体饱和多孔弹性介质的瞬态响应特性

基于Biot流体饱和多孔介质理论及磁流体动力学理论,考虑了强导电性磁流体产生的磁压力对固体骨架的影响;将反映电磁力的Maxwell应力张量应用到Biot模型中,建立了磁流体饱和多孔介质的基本方程,并研究了内含圆柱形空腔的半无限磁流体饱和多孔介质处于均匀磁场中且其空腔表面受到均布瞬态荷载作用时的响应;利用积分变换,得到固体骨架应力场、位移场及磁流体压力场随时间变化的规律。数值计算结果表明:外加磁场分别为0、10A/m、100A/m时,各场变量随时间变化的规律和分布规律不变,但外加磁场的增大会使场变量的峰值及达到峰值的时间有所增加,且对其稳定值的影响甚微;在给定时刻,外加磁场强度越大,场变量沿径向达到恒定值的位置越靠近空腔表面;另外,磁压力对固体骨架的耦合作用效应较为显著。     

混凝土材料的动态空腔膨胀理论

采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏的带剪切饱和的Mohr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料的本构关系,运用相似变换方法推导出了空腔膨胀动态响应的理论表达式,并运用Runge-Kutta-Felhberg数值方法给出了球形空腔动态响应的数值解。结果表明:空腔膨胀压力随空腔膨胀速度和剪切饱和强度的增加而增加,在空腔膨胀速度较高时,考虑剪切饱和时的空腔膨胀压力明显小于不考虑剪切饱和时的空腔膨胀压力。     

当量比对预混燃烧影响的大涡模拟研究

本文对在突扩燃烧室内甲烷和空气的预混燃烧进行了大涡模拟(LES)研究,考虑预混燃料的当量比对燃烧室提供的动力及产生的污染物的影响．利用LES计算了不同当量比条件下燃烧室内湍流预混燃烧反应流场的温度、浓度、涡量和压力分布,最后对当量比0.5时B点和C点的温度和速度进行EMD分解,得到了温度场和速度场的各阶模态的平均周期．结果表明：随着当量比从0.5增加至0.7,燃烧反应趋于剧烈,燃烧室的最高温度提高了350K,平均压力从32.876 Pa增大到34.833Pa,燃烧产生的瞬态径向最高浓度从0.5%增加到0.95%．