可燃气体中激波聚焦的点火特性

数值模拟了二维平面激波从抛物面上反射在可燃气体中聚焦的过程，研究了形 成爆轰波的点火特性. 对理想化学当量比氢气/空气混合气体，在初始压强20kPa的条件下， 马赫数2.6-2.8的激波聚焦能产生两个点火区：第1个点火区是反射激波会聚引起的，第 2个点火区是由入射激波在抛物面上发生马赫反射引起的. 这种条件下流场中会出现爆燃转 爆轰，起爆点分别分布在管道壁面、抛物反射面和第2点火区附近. 起爆机理分别为激波管 道壁面反射、点火诱导激波的抛物面反射和点火诱导的激波与第2点火区产生的爆燃波的相 互作用. 不同的点火和起爆过程导致了不同的流场波系结构，同时影响了爆轰波传播的波动 力学过程.     

任意叠层球壳内的应力波传播

提出一种有效求解方法，求解了任意叠层球壳在动载荷作用下的应力波传播。首先，利用有限Ｈａｎｋｅｌ变换和Ｌａｐｌａｃｅ变换求解了每一单层的弹性动力学解。然后，利用叠层球壳的内、外边界条件和层与层之间的连接条件确定每一单层解中的待定常数。从而，我们可以得到应力波在叠层球壳内传播的精确解。最后，我们计算了在一个突加内压作用下的两层球壳（Ｓｔｅｅｌ／Ａｌ）和三层球壳（Ｓｔｅｅｌ／Ａｌｌｏｙ／Ａｌ）内的应力波传播。求解过程和计算结果表明文中提出的求解方法是简便可行的。     

矩形凹槽管道中激波传播的数值研究

基于二维Euler方程,结合五阶加权基本无振荡(weighted essentially nonoscillatory,WENO)格式以及自适应网格加密(adaptive mesh refinement,AMR)技术对入射激波在矩形凹槽管道内传播过程进行了数值模拟。数值结果清晰地显示了入射激波传播过程中与多个矩形凹槽作用以及在凹槽内变化的整个过程,且与已有的实验结果吻合较好。另外,结果还揭示了入射激波与单个凹槽作用时,会发生绕射产生膨胀波,还会发生碰撞从而诱导反射激波。膨胀波会导致入射激波压力降低,而反射激波则导致其升高,但膨胀波的影响占主导作用,因而入射激波波阵面强度出现振荡下降。     

应力波传播与屈曲耦合情况下结构动力屈曲控制方程及波前边界条件的探讨

从应力波作用下结构动力屈曲的特点出发,指出应力波作用下结构屈曲与应力波传播的耦合导致时间成为结构屈曲的参变量,从而应力波作用下结构屈曲的真实运动与邻近运动是不同时刻、不同扰动区域的比较,这使得其控制方程的建立不宜采用传统的等时积分变分原理;以压应力波作用下弹性直杆为例,应用能量守恒原理,根据屈曲时刻结构能量的转换关系,建立了其屈曲控制方程,并实际推导得到了波前边界条件为横向位移,转角和曲率为零;其中,波前边界第三个条件出现的原因是轴向应力波的传播与屈曲的耦合.     

煤体中爆炸应力波传播与衰减规律模拟实验研究

在岩石爆破理论的基础上分析了煤体中爆炸应力波的作用机理,借助损伤力学理论探讨了煤体在 爆炸应力波作用下的损伤断裂准则。煤体中爆炸应力波传播与衰减规律模拟实验结果表明:煤体中爆炸应力 波一般包含2段波形,第1段由压缩相和拉伸相组成简单波形,第2段是由多种作用形成的复杂波形;爆炸应 力波作用下,煤体首先承受压应力,而后承受拉应力,且压缩相的作用时间较拉伸相作用时间短;煤体中爆炸 应力波的衰减速度较一般岩体中的快,实验条件下应力波衰减因数符合=3-/(1-),爆炸应力波的主要 作用是在煤体中形成少量新裂隙、激活煤体中原生裂隙并打破煤体中瓦斯气体的平衡状态。     

水中爆炸激波对水泥试样作用的数值模拟分析

通过对水中爆炸激波在水泥净浆试样中传播的数值模拟,再现了爆炸激波的传播过程,采用对典型单元受到的激波作用和应力进行分析的方法,得出了水泥试样各个区域损伤破坏的成因,数值模拟结果和实验现象吻合。     

研究材料动态本构特性中的重要作用

在材料动态本构关系的研究中，不论是由波传播信息反求材料本构关系，即所谓解第二类反问题，还是利用应力波效应和应变率效应解耦的方法（如SHPB技术），应力波传播实际上都起着关键作用。在一般性讨论的基础上，就SHPB试验技术分析了应力波传播如何影响材料动态本构特性的有效确定。对于应力/应变沿试件长度均匀分布假定以及一维应力波假定，着重进行了分析。     

基于立方型气体状态方程的激波风洞准一维流动数值研究

采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明：对于以冷高压气体驱动的激波风洞,使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用,其作用效果主要是使当地声速增大,从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快;另一方面,高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱,且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型,在150 MPa氢气驱动110 k Pa氮气的工况下,高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。     

非均质变截面杆中弹性波的反射和透射

基于一维弹性波理论，本文对应力波在非均质变截面杆中传播问题进行了一维简单波分析，并把分析结果与二维轴对称有限元分析结果进行了比较，表明一维简单波分析是非常有效和实用的。利用一维简单波分析方法，本文还揭示了应力波在非均质变截面杆中的传播规律，特别对含有内部交界面的非均质变截面杆（带有连接段）进行了一维等效简化分析，研究了连接段对应力波传播的影响。     

线性与非线性波

G.B.惠瑟姆[美]著,庄峰青,岳曾元译,科学出版社,1986.10 这是一本系统介绍当代波动理论的名著,由作者在加州理工学院讲授多年的研究生教材扩充而成。原书自1974年问世以来,已成为非线性波有关各学科的基本参考书。 全书分为双曲波和色散波两大部分,共十七章。双曲波是依据方程类型是否双曲型而区分的。非线性双曲波的主要特性是波发生间断,从而产生激波。这一部分在介绍一阶运动学波和Durgers方程基本理论(第二、三、四章)后,主要讨论了同气体动力学有关的内容(第六、七、九、十章).特别是激波动力学。作者本人在五、六十年代做的著名工作,如变截面流管中激波传播的CCW近似,二、三维定常微波传播的近似几何理论及其多方面的应用(如激波绕射,相互作用,稳定性,内     

竖直平面激波与水平热层作用后流场的理论计算方法研究

围绕竖直平面激波与固壁附近水平热层作用问题，提出了流动进入准自相似阶段后固壁附近流场参量的理论计算方法。与已有的Mirels方法相比，本文的方法在下列三个方面进行了改进:（1）舍弃“热层内激波速度与入射激波速度相等”的假定，分析了热层内激波的传播过程，并基于几何激波动力学理论计算热层内激波强度；（2）假定在与入射激波后流体而非入射激波阵面固连的坐标系中，波后流体在定常等熵波作用下，形成沿固壁运动的“活塞”，驱动其前方的热层气体运动；（3）“活塞”内流体与其毗邻的热层气体满足压力和速度连续，不再引入速度比例系数。利用改进后的方法，对于马赫数为2.00的竖直平面激波，在不同热层密度条件下进行计算。本文方法得到的热层内激波强度以及物质界面处的压力、速度和密度等参量，与数值模拟结果偏差均小于10%，优于Shreffler和Mirels计算方法。对于马赫数为1.36的竖直平面激波，当其传播速度小于热层内气体声速时，Shreffler和Mirels计算方法不再适用，而本文中提出的方法得到的计算结果与数值模拟结果和已有实验数据基本吻合，最大偏差约20%。上述结果表明，本文中提出的理论计算方法提高了现有方法的合理性，扩大了适用范围。     

激波与小扰动波的相互作用(激波稳定性问题)

本文讨论朗道和栗弗席兹意义下的激波稳定性问题,也就是求解激波与小扰动波的相互作用问题。在无耗散介质的定常、平面激波两边产生了小扰动。朗道等假定小扰动波传播方向是垂直于激波的,得到的稳定条件是M_>1,M_2<1。我们则把小扰动波取为二维的,即推广为小扰动波可以斜着激波传播的情形,这是更常见的。结论是,无论按群速度方向来区分趋向波和离散波,还是像朗道等那样,按相速度方向来区分趋向波和离散波,既便满足条件M_1>1,M_2<1,对于某些纵向扰动波长与频率范围的声波而言,激波都不稳定。接着提出了几个实验,根据可能的实验结果讨论了趋向波与离散波的定义应按相速度方向还是群速度方向,说明了其意义。 对于管道内的定常激波有类似结果。     

爆炸力学测试的国外情况

爆炸力学在力学领域中是一门比较新的分支,它的发展对于国防尖端技术和国民经济建设有着重大的推动作用。虽然早在上一世纪弹性动力学的数学理论就已经具有较完善的形式,但当时还找不到合适的测试方法来观察应力波在介质中的传播,因而未能得到广泛的应用。直到本世纪三十年代以后,一方面由于第二次世界大战的推动,另一方面电子技术也逐渐成熟,可以解决应力波的观测问题,于是便开始重视研究材料在强脉冲载荷作用下的动力性质,从而发展了固体中塑性波的理论及冲激波的理论。      

激波与可运动颗粒群相互作用反射与透射机理实验研究

对水平圆柱形激波管内可压缩性气体与颗粒群的相互作用进行了实验研究与理论分析。利用由压力传感器、信号放大器、示波器和计算机组成的压力测量系统对激波与颗粒群作用时的动态压力进行了测量。发现激波管内发生的是一个复杂的过程,包括激波与颗粒群作用时伴随了激波和膨胀波的反射与透射现象、激波和膨胀波与接触面的干涉、以及激波从激波管端壁的反射等现象。当颗粒装载比α=1时,透射激波被直径为6mm的颗粒群衍射并且有膨胀波紧随其后,因此由透射激波引起的第一个压力峰急剧下降。颗粒装载比和颗粒直径影响透射激波的衍射和衰减。     

气相爆轰波绕射流场显示研究

采用基于红宝石激光器（波长694.3 nm）的纹影系统,对气相爆轰波绕射进行了初步的流场显示研究。采用单色激光和合适半带宽（15 nm）的滤光片,有效地消除了爆轰波自发光对流场显示的影响。合理设置激光器同步控制系统的触发延时,得到了序列的爆轰波阵面纹影照片。结果表明:图像清晰地显示了爆轰波阵面的诱导激波、横波及化学反应区。当爆轰波在左尖点处绕射,受稀疏波作用,诱导激波与化学反应区明显分离,导致爆轰波衰减为爆燃。分离的诱导激波和折皱的化学反应区在纹影图上清晰可见。诱导激波在垂直支管右壁面反射,诱导二次起爆。畸变爆轰波在水平和垂直支管中均发生马赫反射。提高初压,爆轰波受分叉口几何属性的影响减小,畸变爆轰波在水平和垂直支管下游较易恢复为自持爆轰波。     

正向爆轰驱动高焓激波风洞的数值模拟

对充满氢氧可燃气体、带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞进行了数值模拟。计算采用了欧拉方程,频散可控耗散差分格式（DCD）和改进的二阶段化学反应模型。在扩容腔附近采用二维轴对称计算模型,而在驱动段和被驱动段的直管道部分则采用一维计算模型。本文分析了爆轰波在管道中的传播、反射和绕射过程。计算结果表明扩容腔的尺寸对爆轰波的传播、反射、汇聚等起着决定性的作用;带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞能够得到平稳的持续时间较长的气流,提高了实验的精确度和可重复性。     

气波与气波机械

气波是气体运动的基本现象之一。在自然界里和生产实践中存在有大量气波的事例。声音在空气中的传播是个明显的例子。车辆轮胎爆破的一瞬间,产生一个压缩波自爆破点向四周传播。激波管中产生的高马氏数的激波,被用来进行多种科研工作。汽油发动机燃烧不良时发生的      

EXPERIMENTALLY STUDY OF THE RICHTMYER-MESHKOV INSTABILITY AT N2/SF6 FLAT INTERFACES BY DIFFRACTED INCIDENT SHOCK WAVES AND RESHOCK

利用高速纹影测试实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N₂/SF₆平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的（Richmyer-Meshkov,R-M）不稳定性特征.与平面激波作用不同的是,绕射后的激波会在界面处生成局部扰动.实验结果显示,入射激波作用下界面宽度增长缓慢,而反射激波再冲击后,局部扰动会产生大的“尖钉”和“气泡”结构;以及反射激波与边界层相互作用产生壁面涡,它们会加剧湍流混合区的增长;实验中反射激波过后混合区增长率不十分依赖于波前状态,增长规律同Mikaelian模型较吻合;来自尾部固壁的反射稀疏波会再次加剧湍流混合区的增长.     

应力波传播与屈曲耦合情况下结构动力屈曲控制方程探讨

从应力波作用下结构动力屈曲的特点出发,指出应力波作用下结构动力屈曲与结构中应力波传播的耦合导致时间成为结构动力屈曲的参变量,从而应力波作用下结构动力屈曲问题中结构的真实运动与邻近运动是不同时刻、不同扰动区域的比较,这使得其动力屈曲控制方程的建立不宜采用传统的等时积分变分原理;以压应力波作用下弹性直杆为例,应用能量守恒原理,根据屈曲时刻结构能量的转换关系,建立了弹性压应力波作用下半无限长直杆的动力屈曲控制方程,并得到了波前附加约束条件;最后,讨论了波前附加约束条件的物理意义,指出波前附加约束条件出现的根本原因是轴向应力波的传播与屈曲不能解耦。     

非线性应力波传播理论的发展及应用

应力波传播理论是分析结构和材料在爆炸/冲击载荷作用下的响应及破坏特性的基础,在国防和民用工程上有重大价值。本文对作者们近半个世纪来在非线性应力波传播理论的发展及其工程应用方面所开展的主要研究作一回顾和讨论,包括：几类非线性应力波相互作用及失效,非线性粘弹性波传播理论及应用,动态破坏和应力波相互作用,以及应力波理论在防护工程中的应用等。