基于无网格Galerkin法求解矩形绝缘管道内的磁流体流动

无量纲磁流体流动控制方程中的哈特曼数较大将导致数值计算发散或误差过大。将无网格Galerkin法引入绝缘管道内的稳定磁流体流动计算中,针对磁流体控制方程中大哈特曼数导致计算误差大的情况,对无网格Galerkin法添加了稳定项。计算结果表明,同等条件下,添加了稳定项的无网格Galerkin法总体相对误差远小于标准无网格Galerkin法的结果,且可以计算哈特曼数最大达50000绝缘管道内的磁流体流动。     

基于拟流体模型的SPH新方法及其在弹丸超高速碰撞薄板中的应用

引入颗粒动力学理论(拟流体模型)建立了适用于超高速碰撞的SPH新方法。将超高速碰撞中处于损伤状态的碎片等效为拟流体,在描述其运动过程中引入了碎片间相互作用和气体相对碎片的作用。采用该方法对球形弹丸超高速碰撞薄板形成碎片云的过程进行了数值模拟,得到了弹坑直径、外泡碎片云和内核碎片云的形状、分布,并与使用传统SPH方法、自适应光滑粒子流体动力学(ASPH)方法的模拟结果进行对比,结果显示:新方法在内核碎片云形状和分布上计算结果更加准确。同时对Whipple屏超高速碰撞问题进行了研究,分析了不同撞击速度下防护屏弹坑尺寸及舱壁损伤特性等特性,计算结果与实验吻合较好且符合Whipple防护结构的典型撞击极限曲线。     

理论研究丁羟粘合剂化学键解离及其对力学性能的影响

端羟基聚丁烯(HTPB)是推进剂中的常用的粘合剂,老化是其贮存和使用中的重要问题。通过量子化学计算HTPB 与甲基二异腈酸酯(TDI)形成的网络模型简化结构中化学键的均裂解离能(BDE),分析了键能与老化分解的关系。键能计算结果证明可靠且可用于比较分析。与CH₂ 基团相连的C-O 键的BDE值最小,推测该键最弱并且在热老化过程会发生断裂分解,降解产物主要是CO₂。HTPB 中的烯丙基伯羟基与TDI 形成的聚氨酯中α-C-H 属于最弱的X-H(X=C, N)键,推测其容易受到自由基的进攻发生氢转移反应。对容易断裂分解的C-O 键,提出了可能的老化机理。计算的C-O 键断裂活化能与其解离能近似相等,热老化过程中断键生成自由基并通过无势垒过程释放出CO₂。整个过程的热老化半衰期是温度的指数衰减函数,表明随着温度的提高HTPB-TDI 聚氨酯老化加速。热力学计算证明老化形成的氨基自由基和烷基自由基能够重新结合。采用分子动力学动态分析方法,分析了HTPB-TDI 聚氨酯网络老化前后的结构变化及其对弹性力性质的影响,发现释放CO₂ 的过程伴随着体系密度降低。对假定的CO₂ 扩散聚集以及CO₂ 从体系中扩散消失的模型进行了模拟,发现拉伸模量和剪切模量在这两种情形下会增加。     

改进的物理粘性SPH方法及其在溃坝问题中的应用

在低雷诺数物理粘性SPH方法基础上引入再生核粒子法进行密度重构,既避免了用人工粘性所导致的数值耗散问题,又提高了低雷诺数物理粘性SPH方法的数值稳定性;以溃坝问题为例,对比分析低雷诺数物理粘性SPH方法和本文方法的仿真结果表明,本文方法可有效消除数值不稳定,压强和速度分布更加光滑,粒子秩序更好,可应用于雷诺数较高或粘性不可忽略的流动问题.     

基于SPH方法的聚能射流侵彻混凝土靶板数值模拟

在完全变光滑长度SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法的基础上,利用F.Ott等提出的修正SPH方法处理在求解多介质大密度问题时的数值不稳定性问题,运用Holmquist-Johnson-Cook本构模型处理混凝土在冲击载荷下的变形和损伤问题,对聚能装药射流侵彻混凝土靶板的过程进行了数值模拟,同时利用LS-DYNA非线性有限元程序进行对比,分析了2种方法得到的混凝土von Mises应力变化、射流头部特定节点处的速度变化及裂纹演变,验证了SPH方法的准确性。分析了另外2种不同尺寸的靶板在射流侵彻作用下的破坏形式,结果符合射流侵彻物理规律,表明该方法适合模拟聚爆炸与冲击等大变形破坏等问题。