α铁冲击相变的离散元方法

利用离散元方法结合基于无扩散相变的两相模型、热力学相容的自由能函数与有限速率相变动力学方程,模拟α铁的冲击相变过程.得到铁的相边界、冲击Hugoniot关系及自由面速度剖面,并对不同冲击压力下加卸载过程的波系传播和相互作用过程进行分析,获得了加卸载波速特征.     

冲击下材料质量混合的实验研究及离散元模拟

 利用化爆驱动飞片对铅-锡和铜-铝的颗粒混合物进行冲击加载。回收样品的金相分析发现,在锡颗粒边界有明显的铅锡质量混合带,带宽约60~80 μm。利用扫描电镜对混合带进行点扫描,得到带内铅和锡质量分布。计算出的铅锡动态扩散系数为D=0.9 cm²/s,远高于准静态。利用离散元方法进行了数值模拟,定性的显示了高速冲击下材料细观混合的过程和机理。     

欧拉计算程序实现非均质炸药冲击起爆的数值模拟

爆轰的数值模拟研究多采用Lagrangian方法，这是因为Lagrangian网格随质点运动，介质之间的界面用滑移面来描述，故能精确地计算介质的界面。但在遇到网格扭曲和网格变形时，计算往往无法继续进行，这时就要用到网格重分等技术，这无疑增加了人为干预和计算误差。Eulerian方法能计算大变形问题，但不能精确地描述物质的界面，对于模拟平面撞击实验，爆轰波在单种介质中传播，对物质界面几乎没有要求。所以，Eulerian方法在模拟此类问题较Lagrangian方法具有明显的优势。     

冲击作用下纳米孔洞动力学行为的多尺度方法模拟研究

本文利用多尺度方法研究了包含孔洞金属材料在冲击加载条件下的动力学行为. 该多尺度方法结合了分子动力学和有限元方法,分子动力学方法运用于局部缺陷区域,而有限元方法运用于整个模型区域,两种方法之间使用桥尺度函数进行连接. 计算结果既包括了系统宏观的物理信息,如应变场、应力场、温度场等,也得到了微观原子的物理信息,如原子能量和位置坐标等. 结合以上的模拟结果,发现孔洞的坍塌与材料屈服强度和冲击强度有关,而孔洞坍塌和坍塌过程中对微喷射原子的压缩过程是形成局部热点的主要原因. 同时也发现孔洞坍塌形成的位错和局部热点可以导致局部绝热剪切带更容易形成. 关键词： 微孔洞 热点 冲击加载 多尺度方法     

基于三维离散元方法研究热点的位置和温度对奥克托今颗粒点火燃烧的影响

炸药的点火燃烧特性与炸药的安全和使用密切相关,其一直是研究者重点关注的问题之一.普遍认为,凝聚炸药起爆的关键是热点.基于此,本文采用三维离散元方法,以奥克托今(HMX)颗粒为研究对象,探究了HMX颗粒中不同位置和初始温度的热点对其燃烧过程的影响.结果发现,热点的不同初始温度和位置都会对HMX炸药颗粒的燃烧特性造成影响.由于处于炸药内部分散位置的热点表面积较大,其相比集中的热点更有利于HMX炸药颗粒的起爆.并且研究发现,并不是热点的温度越高越有利于炸药的起爆,这也取决于炸药颗粒的含量.本文的研究工作对炸药的实验研究以及军事应用提供了一定的参考.     

冲击动力学中离散元与有限元相结合的计算方法研究

 阐述了一种离散元与有限元法相结合的计算方法,编制了可应用于细观模拟的二维程序,对受冲击载荷作用的均匀材料和非均匀材料的响应特征进行了计算,并对数值模拟进行了验证。计算结果与理论值较吻合,验证了方法的可行性。     

CTVD格式数值计算非均质炸药爆轰问题

将高分辨率激波捕捉格式CTVD格式拓展应用到非均质炸药爆轰的数值模拟问题.增加了化学反应率控制方程,引入Lee-Tarver点火成长模型,未反应的固体炸药和化学反应气体产物都使用JWL形式状态方程.数值模拟了非均质固体炸药PBX-9404和TATB的冲击起爆问题.获得了较高的爆轰波分辨率和光滑解区的数值精度,对具有复杂物态方程形式的固体炸药爆轰问题,CTVD格式具有简单实用、高效和高分辨的特点.     

铝热剂反应性冲击热点分析

 采用激光粒度扫描仪测量了二元混合物铝热剂（Al+Fe₂O₃）原料的粒径分布,在电子显微镜下观察了铝颗粒、氧化铁颗粒的颗粒形状及两者按照化学配比混合后的颗粒接触状态。综合粒径分布和反应体系的化学配比关系,得到两种反应物的特征粒径和混合物的颗粒布局。根据特征粒径和颗粒布局,建立了该反应体系的等效细观模型,该细观模型能够保证得到与实际颗粒体系相一致的具有统计意义的孔穴结构。采用无网格粒子方法,数值模拟了铝热剂体系在不同冲击速度作用下,基本氧化铁颗粒排列形成的热点特征。研究表明,氧化铁三颗粒紧密排列的模式为形成单独热点的最基本排列,在平面冲击作用下,二元不同粒径的含能材料混合物形成热点的尺寸由初始孔穴尺寸确定,而热点温度受冲击速度影响较大。采用轻气炮对不同密度和配比的铝热剂进行了冲击点火实验,并将测量和数值计算结果进行了对比分析,结果表明,两者的定性结论吻合较好。     

RDX单晶炸药的冲击-斜波加载实验研究

基于磁驱动加载装置CQ-4,完成了冲击-斜波复杂加载实验设计,开展了RDX单晶(210)、(100)两个晶向在不同加载压力下的冲击-斜波压缩实验,获得了RDX单晶样品与LiF窗口界面的速度历史曲线和纵波声速。实验结果显示:速度波剖面可分为冲击压缩、斜波压缩和卸载3部分;当冲击压力较高时,冲击压缩段中不再出现弹塑性转变以及4 GPa附近相变的速度特征波形;当冲击压力较低时,在冲击压缩段观测到了弹-黏塑性波形。     

重力作用下颗粒介质应力链的离散元模拟

用离散元的方法模拟了仅有重力作用的二维颗粒系统内部力的分布情况,并根据力的大小得到颗粒之间的应力链.模拟结果与颗粒介质研究中的两个著名模型q模型和α模型作了对比,并与光弹实验的结果作了比较.对比结果表明,模拟结果与实验相似,而与两个概率模型有一定的差异.另外计算结果还表明,颗粒介质中力大小的概率分布极为不均匀,较大的力概率呈指数衰减,应力链的分布具有分形特征. 关键词： 颗粒介质 离散元 应力链 光弹实验     

冲击作用下HMX晶体孔洞塌缩热点生成机制的细观数值模拟

热点的形成、点火以及成长过程是理解非均匀炸药冲击起爆的关键.采用离散元法,对冲击作用下含孔洞的HMX晶体进行了细观数值模拟.计算结果表明:在较低冲击作用下,孔洞边缘发生了较大的剪切变形,粘塑性功形成热点;而在较高冲击作用下,孔洞塌缩产生射流,汇聚流动,冲击下游炸药形成热点,并获得了孔洞塌缩和热点生成演化的细观过程.     

非均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell 等人及其他作者研究非均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。足够强的冲击波进入非均匀炸药后,爆轰将瞬时（指不经过感应时间）且直接（指不经过其他过程,如爆燃）被引发;非均匀炸药起爆后,其中传播的自始至终是一个不断增长的爆轰波,直至发展为正常爆轰,整个过程都是爆轰的增长（新定义）过程。不存在由反应冲击波不断增长并转变为爆轰波的所谓向爆轰的增长。所谓向爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的初期;Craig原定义的爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的后期;而所谓反应冲击波,实际上是增长中的初期爆轰波。爆轰的增长（按新定义）是所有猛炸药的特性,炸药反应不充分并逐渐趋于充分是爆轰的增长的化学机制。     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

冲击加载下孔洞形成微射流的最大侵彻深度

应用二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,研究冲击载荷作用下孔洞形成的微射流.主要关注孔洞微射流的形成过程,重点分析冲击压力及孔洞半径等因素对于孔洞微射流最大侵彻深度的影响.分析孔洞塌缩形成射流的空间速度分布特征,并应用非定常射流理论,对不同冲击压力及孔洞半径条件下,微射流的最大侵彻深度进行估算,估算结果与数值模拟结果符合较好.     

一种准二维柱面爆炸波加载装置的设计与验证

基于竖直爆轰管和径向Hele-Shaw Cell,设计并搭建了一套准二维柱面爆炸波加载装置,可以实现对Hele-Shaw Cell内部材料界面的径向冲击加载.竖直爆轰管内部的预混气体在底部点燃后,形成向上传播的冲击波,冲击波冲破爆轰管开口与Hele-Shaw Cell底板开孔之间的隔膜后,被Hele-Shaw Cell...     

PBX炸药动态Brazilian试验及数值模拟研究

 开展了PBX炸药的动态Brazilian试验,获得了不同加载应变率条件下的拉伸强度;通过高速摄影,获得了PBX炸药试样表面裂纹的产生发展过程;采用数字散斑相关方法,获得了试样出现裂纹前的应变场分布。利用离散元方法,开展了考虑PBX炸药细观结构的动态Brazilian数值模拟,获得了损伤演化发展、并形成裂纹的全过程,模拟结果能初步再现PBX炸药的损伤破坏过程。     

Investigation of Shock Wave Loading and Crater Creation by Means of Single and Double Targets in the PALS-Laser Experiment

The efficiency of crater creation for different types of Al targets, namely, single massive targets and double targets consisting of a foil or a disk placed before the massive target at a chosen distance (300 and 500 µm), is studied. Targets were irradiated by the PALS facility laser beam with E _L = 100 – 400 J at the first harmonic λ = 1315 nm, a focal spot radius of 125 µm, and pulse duration of 400 ps. Velocities of the accelerated foil’s fragments or disks and electron density distributions of the plasma streams are determined by means of three-frame interferometry. Shapes and volumes of craters are obtained using the crater replica technology and microscopy measurements. It is shown that direct laser action is the most efficient way of energy transfer to the massive target and the most efficient method of crater creation. Somewhat lower efficiencies of shock wave loading and crater creation in comparison with direct laser action are found in the case of double targets where the energy is transferred to the massive target by colliding laser-driven foils or disks. The efficiencies of such a colliding energy transfer are close to 60% for foils and 40% for disks. The experimental results are in a good agreement with two-dimensional hydrodynamic models of shock wave generation under direct laser action and laser-driven macroparticle impact.