弹体高速侵彻钢筋混凝土的实验与数值模拟研究

为了得到钢筋混凝土目标在动能弹高速冲击作用下的破坏数据，基于大口径发射平台进行了100 mm口径卵形弹体高速侵彻钢筋混凝土靶体的实验，弹体质量为5.4 kg，靶体尺寸分为2 m × 2 m × 1.25 m 和 2 m × 2 m × 1.50 m两种，混凝土抗压强度为50 MPa，弹体侵彻速度为1 345～1 384 m/s，实验获得了弹体的侵彻深度及钢筋混凝土靶体的破坏数据。通过“钢筋混凝土全体单元分离式共节点建模方法”建立钢筋混凝土靶体模型，结合Riedel-Hiermaier-Thoma本构模型对实验工况进行计算。数值模拟给出了侵彻过程中钢筋的拉压力变化和分布规律，很好地模拟出贴近迎弹面钢筋在弹体高速冲击作用下伴随混凝土反向飞溅而产生的反向拉伸现象及靶体背面钢筋在混凝土崩落作用下发生的拉伸现象；数值模拟得到的弹体侵深数据、现象与实验结果吻合良好，实验验证了“钢筋混凝土全体单元分离式共节点建模方法”的可靠性。     

三维前处理有限差分网格剖分技术的研究

针对三维流体弹塑性计算程序MMIC-3D计算网格为直六面体网格的特点,开发出了三维前处理程序MESH-3D.MESH-3D可进行复杂实体建模,并完成实体模型的有限差分网格剖分.MESH-3D采用CSG和STL模型两种建模方式.针对CSG实体,采用实体逐层求取轮廓线的剖分算法;针对STL模型,采用基于边的整体切片法的剖分...     

爆炸对自然磁场干扰机理

爆炸产生的电磁场对爆炸测试有较明显的干扰,一些含金属炸药产生的电磁干扰甚至可以使设备失效,为了给出爆炸产生电磁效应的理论分析方法和特性,针对常规炸药爆炸过程中观察到的自然磁场扰动现象进行理论机理和数值模拟研究.采用热平衡电离理论描述爆炸过程中产生的电离气体,结合爆炸问题的数值模拟方法,获得爆炸场中电导率的时空分布,计算磁场扩散率;基于非理想全磁流体力学方程求解一定磁扩散率下等离子体高速运动引起的自然磁场扰动,实现爆炸产生磁场效应的二维模拟;对比炸药不同起爆条件对产生磁场扰动的影响,结果表明:炸药起爆参数对磁场扰动有很大的影响,这种影响源自于电导率的巨大差异,虽然爆轰产物的高速运动有引起磁场大幅度扰动的能力,然而只有具有一定电导率的爆轰气体才能冻结磁场扰动.数值模拟结果与文献中的结果进行了对比,模拟得到的由电磁波引起的磁场扰动在时间尺度上与文献结果符合较好,从一定程度上证明了数值模拟方法的可靠性.本文的数值模拟结果指出炸药几何构型不对称的时候,在自然磁场取不同方向时将会产生不同的磁场扰动强度,而这是目前该领域中尚且无人关注和讨论过的问题.     

基于消息传递接口的空中爆炸问题的并行计算

研究了用于处理三维多物质欧拉网格的模糊界面技术以及算法存在的数据相关性问题,提出了解决数据相关性的方法。采用基于消息传递接口(MPI)模式,设计出了相应的MMIC-3D并行程序,得到了无限空气介质中爆炸的三维数值模拟结果,计算结果与实际的实验现象及规律基本吻合。在共享存储的全对称多处理机(SMP)上进行了测试,得到了理想的加速比。     

爆炸与冲击问题的大规模高精度计算

爆炸与冲击问题的数值模拟在国防和民用安全领域具有重要的工程实用价值.由于爆炸与冲击问题是一个多物质在高应变率、高温及高压条件下的强非线性的瞬态动力学问题,给数值模拟带来了很多的困难,为此,针对爆炸与冲击问题数值模拟中的一些关键和难点问题开展了研究.提出了三维非线性双曲守恒系统的伪弧长自适应网格算法,分析了算法的实现过程,数值结果表明该算法有效地提高了冲击波强间断处的分辨率.发展了针对气相爆轰数值模拟的附加龙格-库塔方法,对非线性对流项进行显示计算,化学反应源项进行半隐式计算,有效地解决了源项引起的刚性问题,计算结果表明该算法可以准确地捕捉和描述爆轰波的复杂结构和典型特征.针对三维工程实际物理问题中的大规模计算需求,给出了三维多物质流体动力学欧拉数值方法的并行化方法,开发了三维爆炸与冲击问题并行计算程序,并给出了针对该并行程序的测试方法.上述工作有利地解决了爆炸与冲击问题大规模、高精度计算中的一些难题.最后,开展了大口径聚能射流侵彻混凝土靶问题的数值模拟和实验研究,通过典型爆炸与冲击工程问题的计算验证了所研究数值方法的有效性.      

计算力学自主软件基金资助情况通报及研讨会

2012 年11 月10 11 日, “全国计算力学自主软件学术研讨会” 在湖南长沙召开. 本次会议由国家自然科学基金委员会数理科学部主办, 北京理工大学承办.     

三维爆炸与冲击问题的大规模高性能计算研究

爆炸与冲击问题常常涉及到材料的大变形、多种物质交界面处理及各种强间断的处理,对此类问题采用Euler方法具有显著的优势．对于Euler方法的并行计算,由于在扰动未到达之前某些网格的物理量是不发生变化的,采用固定分区方法并行策略容易出现负载不均衡,且计算效率不高．为解决这一问题,采用动态并行策略,即计算域随着扰动传播而扩充,并采用国际上通用的MPI并行模式设计出相应的动态并行程序．从程序测试结果来看,动态并行程序结果与原有并行程序结果一致,且与实际情况也是一致的．     

基于Youngs界面重构技术的自适应网格细分方法

Euler型多物质流体动力学数值方法中,常采用Youngs界面重构技术处理混合网格。Youngs方法在输运步中需要同时考虑两种物质,程序编写复杂,效率低。本文在Youngs方法的基础上,对混合网格进行多层细分,用细分后的纯物质子网格代替原混合网格。分析了网格细分的具体方案;对细分后子网格,同时考虑往周边八个网格的输运,给出了所有可能分配量的表达式。最后编程实验结果表明,在不增加计算量的基础上,网格细分的方法有效地提高了计算精度。     

爆炸冲击波强间断问题的高阶伪弧长算法研究

为了提高对冲击波强间断处的分辨率,通过引入弧长参数,使网格自适应地朝着间断处移动,并结合高精度WENO数值格式,进而达到了对大梯度物理量的高分辨率捕捉。针对网格移动造成的非均匀和非正交现象,通过坐标变换,使得计算过程在均匀正交的计算空间中进行。通过和有限体积下的数值结果对比,结合数值误差分析,可以看到高阶伪弧长数值算法不仅保证了高精度而且对间断的捕捉更加明显,在间断附近解的整体光滑性较好,网格的自适应移动使得解的奇异性得到了削弱,因此可以削弱高阶格式容易引起数值振荡这个缺点。最后采用高阶伪弧长算法计算了化学反应流问题,结果表明高阶伪弧长算法有着较快的收敛率,对于解决爆炸与冲击强间断问题有着较为明显的优势。     

超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程. 分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性，如sp³杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等，计算结果和现有的实验结果基本一致. 不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响，入射原子能量在20—60eV时，薄膜可以获得最优性能. 载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提，稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的. 关键词： DLC膜 分子动力学模拟 3杂化比例')" href="#">sp³杂化比例