液体燃料爆炸抛撒近场阶段的数值研究

对液体燃料爆炸抛撒的复杂过程进行简化,建立了近场一维轴对称气相流动的数学模型,给出了变质量运动边界的处理方法,并进行了数值模拟,计算所得r-t曲线与试验曲线有较好的一致性.数值模拟预测了在不同比药量条件下,燃料抛撒近场阶段内重要参量变化与分布情况.     

燃料爆炸抛撒成雾的实验与数值研究

为了合理设计云雾爆轰装置 ,对液体燃料爆炸抛撒规律作了实验与数值模拟研究。获得 6～ 2 5 0kgFAE装置云雾形成的若干重要实验数据。通过实验数据分析给出了云雾膨胀的相似律 ,并研究了爆炸抛撒过程中近场与远场阶段特性 :用一个简化的解析模型描述了液体燃料的近场膨胀 ,给出了液体燃料在加速阶段的极限速度 ;用数值方法研究了远场云雾的物理特性 ,给出了云雾速度场及云雾内部燃料浓度与燃料蒸汽浓度的分布。     

动能杆定向抛撒规律的数值模拟

针对反导动能杆的定向抛撒 ,应用数值模拟软件AUTODYN 2D对动能杆的定向爆炸驱动和相互作用过程进行了数值仿真 ,获得了杆条抛撒速度和飞散角等变化规律。即在杆条排布结构不变的情况下 ,随装药弧度的减小 ,杆条的飞散角增大 ,而杆条飞散的平均速度则随装药弧度的减小而减小。与所进行的动能杆定向抛撒装置试验对比 ,试验结果与数值模拟结果基本一致。     

含圆孔拉伸板的近场动力学数值模拟

首先推导了非普通状态为基础的近场动力学基本方程,引入损伤理论,对非普通状态为基础的近场动力学基本方程进行离散化,编制了非普通状态为基础的近场动力学数值分析程序。利用非普通状态为基础的近场动力学理论对圆孔拉伸板的断裂和非断裂问题进行了数值模拟。数值结果表明近场动力学理论不仅能模拟非断裂问题,也能模拟断裂问题,而且该方法不需要借助任何外部断裂准则就能很好地模拟裂纹的扩展和连接过程,相对于其它的数值模拟方法具有很大的优势,它为材料断裂问题提供了一种新方法和新思路。     

竖直下抛液体燃料爆炸抛撒的初步数值研究

对具有轴向初始速度即竖直下抛液体燃料的爆炸抛撒云雾形成过程进行了数值研究。近场的数据来自丁珏等的工作,以此数据作为远场初始参数。远场是燃料液滴与空气、燃料蒸汽、不同尺寸的液滴颗粒组成的多相体系之间的相互作用的过程。液滴的直径比较小,把液滴看成连续介质,且相互作用只考虑液滴的蒸发、破碎、碰撞聚合。轴向初速为0(静爆)时计算结果与实验结果相吻合。这说明本模型可以模拟爆炸抛撒云雾的形成过程,进而可以预估高速运动下云雾的形成过程。用以上模型计算了竖直下抛初速为100m/s、装填5kgPO的FAE装置的爆炸抛撒过程。所得的结果表明,100m/s的初速将影响云雾的最终形状及云雾内部的浓度分布。     

水下爆炸近场峰值压力的数值模拟

为了研究水下爆炸近场内的压力状态，使用SPH (smoothed particle hydrodynamics)方法，采用C-J爆轰模型，对水下爆炸过程进行了数值模拟。通过与峰值压力规律和中场内经验公式的比较，验证了程序的可靠性。对水下爆炸过程进行了波系分析，与不同维数水下爆炸的数值模拟结果进行了对比研究。结果表明:比距离R/a=6是波形变化的一个分界点，在R/a＜6的近场范围内，峰值压力的拟合分为两段更合适。另外，对数值结果的lnP_m-ln(R/a)曲线进行了分段幂次拟合，得到了与数值模拟结果非常吻合的拟合曲线。     

波纹管式抛撒系统能量转换装置动态响应分析

摘要：采用LS-DYNA非线性动力学有限元程序,对某抛撒机构中的能量转换核心装置—波纹管在均布内压作用下的动态膨胀过程进行了数值分析,获得了波纹管动态响应规律;系统的考察了各种因素对波纹管的变形模式及其应力应变变化规律的影响;模拟了波纹管在内部压力和外围子弹群等共同作用下的耦合变形运动过程,对内弹道抛撒全过程进行了模拟,获得了波纹管耦合变形规律和子弹抛撒特性。模拟计算结果与试验现象基本一致。     

含扰流装置的中心燃气式抛撒内弹道过程的数值模拟

为了研究扰流板对子母弹抛撒过程中子弹翻转角速度的影响规律,采用二维两相流模型对子母弹中心燃气式抛撒内弹道过程进行了数值模拟研究。通过计算结果和测试结果的对比,验证了数值模型的可行性和准确性。对流场结构和推弹装置受力状态的对比分析表明,当燃气发生器小孔集中于扰流板上侧时,提高扰流板位置可以有效增大推弹装置受到的翻转合力矩。可为同类型抛撒系统的设计和改进提供理论参考。     

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的近场研究

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的研究,是以飞行物体在运动状态下向大气抛撒液体燃料所导致的破碎和雾化为背景的。为了研究在轴向气流作用下液体轴对称抛撒所产生的雾场特性,本文提出了一种新的组合型实验设备。该设备由两台激波管、一套电子同步控制系统组成,可以观察在轴向气流作用下液体轴对称抛撒、破碎和雾化的过程。通过在此设备上的一系列实验,获得了在不同压力和不同气流速度下液体轴对称抛撒的近场纹影照片。通过对照片的研究发现,液体轴对称抛撒具有两个明显的阶段:液核生长阶段和液核稳定阶段。另外近场云雾区轮廓有明显的转折点,此转折点即为液核发生首次破碎的位置。进一步分析表明,轴向气流能促使液体轴对称抛撒首次破碎发生的时间缩短。     

混凝土复合型裂纹扩展的非局部近场动力学建模分析

基于非局部近场动力学理论,构建了修正的能反映混凝土宏观拉压异性和断裂特征的近场动力学本构模型,开发了相应的离散、加载和时间积分算法,实现典型混凝土构件中复合型裂纹扩展过程模拟。在物质点对尺度上定义局部损伤并考虑物质点对的相对转动,通过求解时空微-积分方程实现裂纹的自然萌生与扩展,避免裂尖不连续带来的求解奇异性、网格依赖性和网格重构以及常规近场动力学本构模型的泊松比限制。通过含单边和双边初始裂纹四点剪切混凝土梁裂纹扩展破坏全过程模拟,得到破坏形态、破坏荷载以及完整的荷载-裂纹开口滑移曲线,并与试验和其他数值模拟结果对比,验证了模型的精确性和算法的稳定性。     

壳体对燃料近区抛散速度的影响

通过建立力学模型 ,分析了燃料空气炸药 ( FAE)装置壳体对燃料近区抛散过程的影响规律 ,给出了考虑壳体时燃料近区 (加速阶段 )抛散速度的计算方法。为 FAE爆炸云雾及战斗部弹壳碎片的杀伤作用分析奠定了力学基础。     

Particle tracking velocimetry of the flow field around a collapsing cavitation bubble

The velocity field in the vicinity of a laser-generated cavitation bubble in water is investigated by means of particle tracking velocimetry (PTV). Two situations are explored: a bubble collapsing spherically and a bubble collapsing aspherically near a rigid wall. In the first case, the accuracy of the PTV method is assessed by comparing the experimental data with the flow field around the bubble as obtained from numerical simulations of the radial bubble dynamics. The numerical results are matched to the experimental radius–time curve extracted from high-speed photographs by tuning the model parameters. Trajectories of tracer particles are calculated and used to model the experimental process of the PTV measurement. For the second case of a bubble collapsing near a rigid wall, both the bubble shape and the velocity distribution in the fluid around the bubble are measured for different standoff parameters γ at several instants in time. The results for γ > 1 are compared with the corresponding results of a boundary-integral simulation. For both cases, good agreement between simulation and experiment is found.     

波浪作用下直立结构物附近强湍动掺气流体运动的数值模拟

波浪破碎卷入气体易对建筑物受力产生压力振荡, 了解波浪作用下建筑物附近掺气水流的运动特性是精确计算建筑物受力的前提. 基于OpenFOAM开源程序包和修正速度入口造波方法建立三维数值波浪水槽, 模型采用S-A IDDES湍流模型进行湍流封闭, 并采用修正的VOF 方法捕捉自由液面, 数值模拟了规则波在1:10的光滑斜坡上与直立结构物的相互作用过程, 重点分析了结构物附近的水动力和掺气水流运动特性. 结果表明, 建立的数值模型能精确地捕捉波浪作用下直立结构物附近的自由液面的变化以及气泡输运过程, 较好地描述气体卷入所形成的气腔形态以及多气腔之间的融合、分裂等过程; 波浪与直立结构物相互作用产生强湍动掺气水流, 其运动过程十分复杂; 掺气流体输运过程中水气界面周围一直伴随着涡的存在, 其中, 气泡的分裂与周围正负涡量剪切作用密切相关, 且其输运轨迹主要受周围流场的影响; 研究揭示了结构物附近湍动能与掺气特性的关系, 发现波浪作用下直立结构物附近湍动能的分布与掺气水流特征参数(气泡数量、空隙率)整体呈现一定的线性关系.      

近水面水下爆炸二维Level-set数值模拟

水下爆炸是一个多介质、动边界、瞬态非线性过程,捕捉介质之间交界面的变化是数值模拟的一个难点.本文采用Level-set方法来描述水下爆炸气体产物和流体交界面以及自由表面变化,应用TVD (Total Variation Diminishing) 计算技术求解Level-set流场,首先建立了近水面水下爆炸的二维数值方法,然后,将该方法推广到流场内有刚性结构的情况,考虑了冲击波和刚性结构物的相互作用.为了模拟无限边界流场问题,引进了Thompson建立的无反射边界条件.     

电磁热效应止裂效果与裂纹走向关系的研究

采用理论、实验与数值分析的方法研究了在电磁热效应裂纹止裂中 ,由于裂纹走向不同导致裂纹尖端的温度场、温度梯度场分布状态的不同 ,并定量计算了它们的分布规律和差值。数值模拟计算应用了耦合场理论中热 电耦合 (焦耳热问题 )的分析方法。三方面的研究结果均表明 :在裂纹尖端处 ,由于电流产生的焦耳热源的作用 ,能够在很小的范围内熔化形成微小的焊口 ,遏制了裂纹的扩展 ;裂纹的走向是影响裂纹尖端温度场数值和温度梯度场变化即电磁热效应裂纹止裂效果的主要因素之一。     

Numerical investigation of magnetic-field induced self-assembly of nonmagnetic particles in magnetic fluids

The underlying mechanisms of controlling the self-assembly of micro-size nonmagnetic particles (NPs) in magnetic fluids are essential for the manufacture, process and exploitation of nano-magnetic material. In this study, a multi-physical numerical model, which couples a distribution function correction-based immersed boundary lattice Boltzmann method (DFCIB-LBM) for fluid–structure interaction (FSI) and a self-correcting procedure of Poisson equation solver for magnetic field, is carried out to investigate such self-assembling behaviors and mechanisms. The interactions of two neighboring micro-size NPs placed in different distance and orientation, and the self-assembling behaviors of numerous micro-size NPs under uniform magnetic field are studied in details. The results demonstrate that the self-assembling behaviors are caused by the inverse magnetic effect, which can be adjusted by varying the concentration and size of NPs, permeability ratio, and the strength of external magnetic field. On the contrary, NPs in magnetic fluid affect their surrounding magnetic field and hinder the magnetization near the NP boundary region. These findings can provide a better understanding of the bottom-up fabrication of magnetic functional materials and devices.     

基于扩展有限元的地质聚合物混凝土断裂过程研究

扩展有限元法是基于常规有限元框架分析裂纹等不连续力学问题的一种有效数值方法,在常规的有限元位移表达式中,增加了能够反映位移不连续性的跳跃函数和渐进缝尖位移场函数来对不连续结构附近的节点自由度进行局部加强。本文介绍了扩展有限元法及粘聚力模型的基本原理,给出了基于扩展有限元法的地质聚合物混凝土断裂过程分析方法。分别采用四种不同的软化曲线对I型缺口地质聚合物混凝土梁从裂纹萌生、扩展直至断裂破坏的全过程进行了模拟,并基于双K断裂准则分析了其断裂韧性。结果表明,Petersson模型与试验结果吻合较好,最后基于模拟结果进一步揭示了断裂过程区的演化过程。     

压电薄板板边导电裂纹尖端的力电场分析

采用有限元方法，分析了压电薄板板边不同长度导电裂纹尖端的力电场分布规律，发现导电裂纹尖端的应力场和电场强度存在明显的集中和奇异现象，集中和奇异的程度与裂纹长度有关。而且，在裂纹延长线上分别存在两点，这里的应力和电场对裂纹长度不太敏感，总等于无裂纹时薄板的均匀应力和均匀电场强度；同时，还研究了导电裂纹尖端的应力强度因子和电场强度因子对裂纹长度的依赖关系，发现在线性本构的前提下，导电裂纹尖端的应力强度因子与电场强度因子之间具有近似的线性关系。     

Asymptotic character of mixed mode in plane deformation of crack in rubber-like material

The asymptotic stress and strain distribution near a crack tip in rubber-like materials is determined by finite element for in-plane mixed mode loading. For large strain, the crack tip field is always in a state of uniaxial tension. The shear load affects only the orientation of the deformed near tip field in the space. A good agreement is obtained between the theoretical and numerical results.