过冷水滴撞击螺旋桨桨叶表面的数值模拟

本文介绍了某型螺旋桨在不同飞行状态下.求解桨叶水滴撞击特性的数值方法.该方法对桨叶运动模型进行简化,并在对绕桨叶运动的气流场计算的基础上,采用拉格朗日方法求解气流场中水滴运动方程,得到水滴运动轨迹.进而,确定了水滴对桨叶的撞击特性参数,为桨叶防冰系统设计提供条件.主要结论如下:(1)在巡航状态下,桨叶沿展向方向上总收集系数Em和局部收集系数β不断增大;(2)在爬升状态下,随着爬升高度H不断增大,飞行速度V0不断增大,水滴撞击在桨叶表面的范围有所增加,而且β随之增大;(3)随着水滴平均有效直径(MVD)的增大,水滴撞击在桨叶表面的范围明显增加同时,β在桨叶表面同一位置的值也随之增大.     

数值模拟过冷水滴撞击翼型表面的收集特性

为了研究过冷水滴撞击翼型表面的收集特性,本文采用欧拉两相流法建立了气流控制方程和水滴运动控制方程,并采用有限体积法对方程进行了求解。为了使水滴体积分数在数值迭代过程中保持为正值,本文在水滴控制方程中引入了一个变量A,使得迭代过程更加平稳。求解水滴控制方程,并得到了翼型表面的水滴收集特性。对过冷水滴撞击翼型表面的收集特性进行了研究,在平均水滴直径不同的情况下,将单尺寸分布与多尺寸分布情况下的局部收集系数进行了对比;发现:局部收集系数在驻点附近比较一致,随着离驻点的距离越来越大,局部收集系数产生偏差;多尺寸分布的水滴撞击极限远大于单尺寸下的计算值。同时本文还讨论了过冷水滴的大小对局部水收集系数和撞击极限的影响,发现平均水滴直径越大,局部水滴收集系数和撞击区域越大。     

复合材料T型接头冰雹高速撞击损伤的数值模拟

利用高速空气炮进行了冰雹撞击复合材料T型接头的实验,研究了不同撞击速度下结构的损伤情况。同时,采用光滑质点流体动力学方法与黏聚区模型相结合的方法,对冰雹撞击复合材料T型接头进行了数值模拟。通过与实验结果的对比,验证了数值模拟模型的有效性。在此基础上,利用数值模型研究了影响复合材料T型接头冰雹撞击损伤的各种因素。计算结果表明：冰雹撞击对复合材料T型接头造成的损伤主要为分层损伤;冰雹的撞击速度、尺寸、入射角等,都对T型接头的损伤程度有很大影响;T型接头的分层面积与冰雹的撞击能量之间呈近似线性关系,分层面积随着撞击能量的增大而增大;冰雹的入射角越大,分层面积与撞击力峰值也越大。

     

破片撞击装药点火实验和数值模拟

实验中采用升 降法得到了破片撞击装药点火的临界速度范围,数值模拟中采用节点约束 分离方法、热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程描述了炸药的破坏行为和点火反应。实验结果与数值模拟结果吻合较好。研究结果表明,采用节点约束 分离方法、热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程可以有效地描述装药在破片撞击作用下的破坏行为和点火反应。     

入水后爆炸问题的数值模拟技术

应用各种数值计算方法及计算处理技术,编制程序实现了对弹体入水后爆炸问题全过程的数值模拟.其中弹体与水,爆轰产物气体与弹壳之间的相互作用通过流固耦合技术来描述;水面与空气、爆轰产物与水、空气之间的相互作用采用VOF方法(Volume-of-Fluid)来描述;采用了刚体-柔体转换、单元失效删除等计算技术以更高效、更好地模...     

大幅板爆炸焊接脱焊问题的数值模拟

为了解决大面积钛钢板爆炸焊接工程应用中复合板边界区的局部脱焊现象,利用动力非线性数值模拟,考察了大幅板爆炸焊接的动态过程,通过分析爆焊过程中不同时刻复板飞行姿态,发现了在大幅板爆炸焊接过程中存在褶皱变形,发生位置与实际工程中大幅板的脱焊位置一致,指出应特别注意复板的褶皱变形,并解释了褶皱变形出现的原因,为爆炸焊接工艺技术的改进和发展提供了参考。     

高速弹丸撞击地质材料的有限元计算

给出高速弹丸撞击地质材料的有限元分析。利用ＦＥＣＰ２动力有限元程序计算了模拟回收弹体撞击水泥及花岗岩两种地质材料的动力响应，同时给出了弹、靶初始变形过程的图形。     

层状结构冰球的高速撞击特性实验

为研究冰雹在不同撞击速度下的破碎特性及致损能力,通过空气炮加载技术,开展了单一性状冰球和层状结构冰球高速撞击刚性靶实验,利用测力杆记录了两种类型冰球在不同撞击速度下的撞击力时程曲线,并结合高速摄影技术研究了两类冰球的高速撞击破碎特性。实验结果表明:两类冰球高速撞击刚性靶的宏观破碎特性相似,在碰撞初始阶段冰球已完全破碎,形成微颗粒团簇体,反向溅射角呈随撞击动能增大而增大的趋势;与单一性状冰球撞击力曲线相比,层状结构冰球撞击力曲线中出现二次上升信号,推测是由于破碎界面在层间界面发生偏折,小球未完全破碎再次撞击测力杆所导致;高速撞击下层状结构冰球的撞击力高于单一性状冰球,推测是由于层间结构的存在延缓了冰球的破碎进程,提升了其在冲击方向传递动量的能力,进而产生了更高的撞击力。研究结果有助于深化对冰雹在高速撞击下的破坏力学行为的认识,同时可为飞行器结构防护、冰雹撞击安全设计研究等提供参考。     

方管在高速撞击下的能量吸收能力

本文报导了速度约为100m/sec的子弹高速撞击铝合金方管的实验,表明在这种撞击条件下仍与准静态实验中一样,方管仍呈现“开裂与卷曲”的变形破坏模式,并证实了在高速碰撞下方管仍是一种极好的能量吸收装置.理论分析表明,在这种撞击条件下惯性力仍是不重要的;计入了应变率效应之后,理论预计的方管承载能力与实验符合良好.     

高速冲击问题的离散元法数值模拟

以能量等效为原则,构建了新的求解弹塑性轴对称问题的离散元模型。通过引入断裂准则,使模型不仅可以应用于连续介质问题,还可以应用于从连续介质向非连续介质的动态转化过程。最后,通过模拟钢板受冲击载荷产生层裂的过程,说明模型在高速冲击问题中的适用性及其有效性。     

瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸的数值模拟

建立了描述瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘参与爆炸的物理和数学模型,借助流场模拟平台,对瓦斯爆炸 卷扬沉积煤尘参与爆炸的过程进行了数值模拟;并把模拟值与实验值进行了对比;对爆炸过程中的速度场和 温度场进行了深入的分析。通过比较分析爆炸压力、速度场以及温度场,认为模拟结果清楚地展现了沉积煤 尘的扬起和爆炸过程,达到了瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸数值模拟的要求。     

自相似多级纳米蜂窝结构表面效应的有限元模拟

在传统有限元模型的基础上建立了考虑表面效应的有限元用户子程序,通过数值模拟结果与经典问题理论解的对比验证了本文模型的正确性。在此基础上,建立了自相似多级蜂窝的有限元模型,并以铝蜂窝为例研究了其由于表面效应引起的不同方向弹性模量的尺寸依赖性。研究结果表明:表面效应对自相似多级蜂窝在扶手椅型方向和锯齿型方向的作用效果基本一致;随着蜂窝结构级数的增加,(111)晶面引起的表面效应对结构的增强效果不明显,但(100)晶面表面效应对结构的软化效果显著增强。本文提出的研究方法为纳米多级蜂窝结构力学性能的研究提供了一种新的研究手段。     

超高层建筑受大型高速飞行物撞击所致非连续性坍塌模拟与研究

为了解大型高速飞行物撞击超高层建筑后,建筑物塌落过程及其特征,使用基于颗粒流的PFC3D作为平台对坍塌过程进行模拟。所构建的超高层建筑为核心筒-框架结构,飞行物由较大的三个颗粒组成,其撞击速度为720km/h,撞击高度为建筑侧面250m和100m。研究了撞击物进入层间运动的特征,及在两种高度撞击后的坍塌过程。模拟结果表明,飞行物非直接撞击核心筒时建筑不会发生整体破坏,核心筒的受撞破坏是建筑坍塌破坏的关键。建筑高处受撞击后坍塌可分为两个阶段,其现象和原因各不相同。指出了建筑高处和低处受撞坍塌过程的三点不同。最后分析了撞击塌落后的地面影响范围及特征。     

强非线性自激振动问题的瞬态解

用新的改进的L-P法并结合权残法求得了一般情况下(阻尼项可以不是小量)强非线性自激振动问题的一级近似瞬态解。近似解有很好的精度。     

爆炸驱动液体分层现象和液滴尺寸模拟

爆炸驱动液体介质外界面的分散和破碎是气溶胶云团形成的重要过程。采用基于维数分裂的欧拉程序和Youngs混合界面处理方法,对中心药爆炸驱动甘油和水介质流场的液体分层现象进行了数值模拟。结合试验结果推断提出了液滴形成过程的三种并存机制:外层射流破碎、内层R-T失稳和中间液层"空化"破碎,分别建立了不同液层破碎液滴的尺寸模拟方法。对比给出抛撒甘油和水装置初级液滴的尺寸分布及最外层理论射流量。     

水中爆炸表面空穴的理论研究

针对水中装药爆炸直达冲击波在自由面反射形成表面空穴的问题,应用水中爆炸冲击波声学近似理论,认为冲击波不能穿过空穴传播,得出一维水中爆炸表面空穴范围、水质点运动速度、水层抛射速度、空穴闭合时间以及空穴闭合产生的压力峰值与持续时间等,并将结论扩展到二维空间.通过具体算例,对比本方法与F.A.Costanzo等采用Arons...     

爆炸力学数值模拟中本构建模问题的讨论

就爆炸力学数值模拟中的本构建模问题的有关内容作了讨论,包括:波传播研究与材料的动态特性研究的相互依赖、容变律与畸变律的解耦与耦合、率型本构关系与失效准则、应变率效应与温度效应的等效性、加载本构关系与卸载本构关系以及流变过程与损伤演化过程的耦合等,并展望了今后的有关发展动向。     

石英玻璃杆Taylor撞击实验的数值模拟

采用离散元方法模拟石英玻璃杆Taylor撞击问题,再现了其破坏过程:在撞击端,杆以压缩失效波的形式破坏;在自由端,出现了密集的拉伸层裂破坏.分析表明:层裂是失效波阵面应力快速下降引起的追赶卸载波,与弹性压缩前驱波在自由端反射引起的迎面卸载波相互作用的结果;随着撞击速度的增大,撞击端失效波造成的压缩破坏区域损伤程度增大,反射端层裂破坏损伤区域减小.进一步对失效波阵面的结构变化及其波速问题进行了研究,发现失效区域随着扩张变成一段裂纹逐渐由密到稀的区段,将此区段分为高损伤区和低损伤区,研究发现由稀疏微裂纹组成的低损伤区的前端面传播速度和弹性前驱波速基本相同,为固定值;而高损伤区前端面的裂纹密度随着传播距离的增加变稀,直至过渡为低损伤区,其传播具有显著的速度衰减、端面模糊直至停止的过程.高损伤前端面的平均速度随着撞击速度的增大而增大,并逐渐趋近于弹性波速.最后与已有实验做了对比,发现实验中高速摄影观察到的玻璃中"失效波"阵面实际上是高损伤前端面,而稀疏的低损伤微裂纹很难捕捉.     

BIOSID Dummy撞击实验的计算机模拟研究

给出了一个BIOSIDdummy侧撞有限元模拟结果 ,和实验结果比较验证后可知该模型是可靠有效的。这一模型不仅可以用于任何侧撞情况下车辆乘员损伤防护模拟的研究 ,而且也可用于dummy本身的改进发展。     

石英玻璃杆Taylor撞击实验的数值模拟

采用离散元方法模拟石英玻璃杆Taylor撞击问题,再现了其破坏过程:在撞击端,杆以压缩失效波的形式破坏;在自由端,出现了密集的拉伸层裂破坏. 分析表明:层裂是失效波阵面应力快速下降引起的追赶卸载波,与弹性压缩前驱波在自由端反射引起的迎面卸载波相互作用的结果;随着撞击速度的增大,撞击端失效波造成的压缩破坏区域损伤程度增大,反射端层裂破坏损伤区域减小. 进一步对失效波阵面的结构变化及其波速问题进行了研究,发现失效区域随着扩张变成一段裂纹逐渐由密到稀的区段,将此区段分为高损伤区和低损伤区,研究发现由稀疏微裂纹组成的低损伤区的前端面传播速度和弹性前驱波速基本相同,为固定值;而高损伤区前端面的裂纹密度随着传播距离的增加变稀,直至过渡为低损伤区,其传播具有显著的速度衰减、端面模糊直至停止的过程. 高损伤前端面的平均速度随着撞击速度的增大而增大,并逐渐趋近于弹性波速. 最后与已有实验做了对比,发现实验中高速摄影观察到的玻璃中"失效波"阵面实际上是高损伤前端面,而稀疏的低损伤微裂纹很难捕捉.