爆炸作用下综合管廊燃气舱内同舱管道失效的影响因素

为研究综合管廊燃气舱内天然气爆炸时预混气体长度、管道间距、管道壁厚和管道屈服强度4种因素对同舱管道失效的影响规律和影响程度,采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,根据实际案例建立燃气舱三维模型,基于应变的失效判定标准,获取同舱管道的椭圆度变化情况。结果表明：天然气爆炸作用下,同舱管道的椭圆度与预混气体长度正相关,与管道壁厚和管道屈服强度负相关;同舱管道椭圆度与管道间距先负相关后正相关,该燃气舱内最优管道安全间距为0.74 m;管道屈服强度对同舱管道椭圆度的影响程度最小;当影响因素的变化率在1%～12%、13%～18%和19%～25%3个区间时,对同舱管道椭圆度影响最大的因素分别为预混气体长度、管道壁厚和管道间距。研究结论可为综合管廊燃气舱的设计提供参考。     

抗爆容器内爆炸流场数值模拟

 采用计算流体动力学中的二阶精度TVD差分格式和特殊算子分裂法,按轴对称问题,对半球顶圆柱筒密闭式抗爆容器内部爆炸流场进行了数值模拟。计算得到的容器壁面载荷分布与实验结果基本一致。不同时刻爆炸流场压力分布图像清晰地描述了容器壁面的冲击波加载过程。     

不同材料和不同能通量条件下电子束喷射冲量的实验研究

 介绍了采用直接测量特定时间间隔系列和微型红外通光式传感技术的探头原理,在“闪光二号”电子束装置上进行的喷射冲量随不同材料和不同能通量而变化的实验研究。实验结果表明,在能通量大体相同时,A和B这两种特种材料的喷射冲量耦合系数分别只有LY-12铝的1/3和1/2左右。这说明此两种特种材料在受辐照条件下具有良好的降低喷射冲量的性能。     

爆炸载荷作用下锥形飞片的平面度研究

 尽管分离式Hopkinson压杆（SHPB）和轻气炮作为较为常用的两种动加载手段已经被广泛应用到多种材料的动态力学特性研究之中,但由于其自身加载试件尺寸较小,难以满足真实的混凝土和钢筋混凝土的实验研究需要。为解决该问题,提出了一套大尺寸简易爆炸加载装置,将飞片设计为锥形,利用炸药直接驱动飞片,实现大尺寸加载。先用数值模拟完成对爆轰加载装置的初步设计和优化,通过模拟炸药驱动飞片的动力过程,给出飞片和药柱的优化尺寸;然后利用自制的同轴探针、脉冲形成网络和两台示波器进行靶场实验测定,研究飞片平面度,提出改进方案,最终为大尺寸混凝土和钢筋混凝土试件的动态加载实验做准备。     

爆炸荷载下不同壁厚圆柱壳动力学行为的研究

对爆炸荷载下圆柱壳的动力学行为进行了实验研究及数值模拟。将外径均为100mm的3种壁厚的Q235钢质圆柱壳置于由TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,系统分析了在不同装药高度及壳壁厚度参数条件下圆柱壳的冲击变形模式,即迎爆面局部凹陷变形模式(ModeⅠ)、迎爆面局部凹陷与壳整体弯曲变形耦合模式(ModeⅡ)、整体变形失效模式(ModeⅢ)及局部穿透与整体变形失效耦合模式(ModeⅣ)。采用LS-DYNA有限元程序及Lagrangian-Eulerian流固耦合算法,对圆柱壳的非线性动力响应过程进行了数值模拟,分析了圆柱壳的变形历程及最终残余变形的情况,计算结果与实验现象吻合较好。研究结论可为圆柱壳结构爆炸破坏分级及抗爆技术设计提供科学依据。     

内部爆炸载荷作用下混凝土动力响应的数值模拟

 目前,采用实验方法对爆炸载荷破坏效应进行全面、准确描述仍是一个难题。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力学有限元程序,采用流固耦合算法,对混凝土在内部爆炸载荷作用下的空腔形成和发展规律等动力响应问题进行了数值模拟。通过实际算例,比较研究了混凝土敷设钢板与否对成坑大小、损伤区、压力云图以及应力时程曲线等的影响,进一步研究了有钢板加固时混凝土在爆炸荷载作用下的破坏机理。研究表明：采用流固耦合算法可以避免由于物质的大变形引起的单元畸变和网格消蚀等问题,提高了计算效率;很好地模拟了混凝土内部爆炸时,中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏过程,且与理论计算值吻合较好;通过表面敷设钢板,可以减小混凝土的拉应力峰值,抑制混凝土中裂纹的发展,从而提高其防震塌能力以及结构的完整性。     

爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究

 利用LS-DYNA仿真软件,对爆炸成型弹丸（EFP）毁伤能力与EFP侵彻着角关系进行了研究。结果表明：随着EFP着角从0°增加到40°,EFP侵彻靶板的垂直侵彻深度减小了34.2%,开孔处孔径大小增加了18.2%。侵彻过程中,EFP头部速度与时间呈线性规律变化,并且当EFP着角越大时,头部速度下降趋势越快;EFP垂直侵彻深度与时间先呈线性增长,随后上升趋势变得缓慢;不同侵彻着角下的侵彻参数与时间的关系趋势一致。基于EFP的垂直侵彻理论和杆式弹的斜侵彻理论,结合仿真拟合曲线,得到了EFP垂直侵彻深度与侵彻着角的修正计算公式。     

尾迹作用下不同负荷分布叶型边界层发展研究

利用数值模拟手段研究了非定常来流条件下负荷分布形式对边界层发展的影响,探讨了适合低雷诺数条件下低压涡轮的负荷分布形式。结果表明,后加载形式在较低雷诺数情况下有利于控制边界层发展,并且尾缘处的分离能够有效地被上游尾迹抑制,与前加载和均匀加载叶型相比,其气动损失最小。当雷诺数降到很低时,仅靠尾迹的作用难以有效抑止分离。结果还显示:在同样条件下,尾迹强度增大有利于控制边界层的分离。     

内部短药柱爆炸作用下钢筒破裂特征的数值分析

采用光滑粒子(SPH)法研究了短药柱在钢筒内爆炸形成破片的特征,采用Grady层裂准则描述钢筒的层裂破坏,破坏模式为随机破坏,服从Mott分布。分析了破片的质量分布和速度,计算结果表明:钢筒经过一定膨胀后,首先在装药端部位置破裂,然后爆心附近的钢筒解体成破片,如果是封闭钢筒,钢筒端部也是形成破片的重要部位。爆心附近的破片质量小、速度高;端部的破片质量较大、速度低;爆心附近的破片相对集中。     

内部爆炸载荷作用下砌体墙结构的失效规律

为了探究钢筋混凝土框架-砌体墙建筑物的内爆毁伤效应,开展了内爆载荷下砌体墙结构动力响应和失效规律研究。采用数值模拟方法,并结合理论分析,研究了不同当量内爆载荷下砌体墙的失效机理以及失效形式转化过程。结果表明,小药量内部爆炸时,砌体墙的主要失效形式为弯曲导致的墙面开裂。随着药量增加,墙体边界在首道冲击波反射超压作用下发生以剪切变形为主导的失效。而在大药量条件下,首道冲击波超压使砌体墙材料达到极限抗压强度而发生压溃失效。研究结果可为砌体墙结构毁伤评估与防护设计提供技术参考。     

爆炸烧结制备W-Al含能结构材料及其准静态压缩特性研究

通过爆炸烧结法,采用不同粒度的W、Al混合粉末,成功制备了近乎致密的W-Al含能结构材料(ESM)。研究发现:冲击波压力是粉末致密化的主导因素,粉末粒径对烧结密度和微观结构的影响显著,W的粒径越小,颗粒团聚越明显,从而阻碍致密化,在致密块体中形成连续分布的W相。所制备样品的最大抗压强度和失效应变分别达到288 MPa和20%,材料的力学性能和断裂模式主要取决于连续相,Al相连续的ESM抗压强度低、塑性较好,呈轴向劈裂破坏;而W相连续的ESM则表现出脆性和高抗压强度,破坏模式为剪切破坏,与Al的低强度高塑性和W高强度脆性特性一致。     

深水爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应影响因素的数值模拟研究

 运用通用有限元程序ABAQUS,对圆柱壳在深水爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟,研究了圆柱壳所处深度、爆心方位和预应力对于圆柱壳动态响应的影响。研究结果表明：在同样的水下爆炸冲击波作用下,随着深度的增大,圆柱壳的毁伤逐渐加重,而且响应过程中的变形逐渐增大,低频响应阶段的速度曲线趋于平坦;爆距不变时,不同的爆心方位在不同深度上的毁伤效果存在一定差异;预应力的存在使圆柱壳的毁伤加重,并且预应力对圆柱壳动态响应的影响与爆心方位有关。研究结果对于潜体结构的生命力评估具有一定参考价值。     

不同倾角的脉管制冷机内自然对流影响的研究

本文通过对脉管内自然对流的数值模拟，讨论了当脉管冷端处在不同方向时，脉管内的自然对流对脉管制冷机性能的影响．数值模拟结果表明，当冷端在下时获得的制冷温度最低；当热端在下并与重力方向成３０°时制冷温度最高．结论与实验测量结果定性一致．所做的理论分析对实现脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

表面能梯度驱动下纳米水滴在不同微结构表面上的运动

近年来, 微观尺度下水滴在能量梯度表面上的运动情况受到了广泛关注, 然而通过实验进行研究尚存在困难. 本文利用分子动力学方法研究了不同微结构表面上纳米水滴在表面能梯度驱动下的运动情况. 结果表明: 槽状和柱状微结构可以明显提升纳米水滴在微结构表面上的运动效率, 钉状微结构会降低纳米水滴的运动效率, 尽管它具有稳定的疏水性; 结合槽状和钉状结构的混合状微结构兼具二者的优点, 不但可以有效地提高纳米水滴在粗糙表面上的运动效率, 而且具有比较高的疏水稳定性. 此外, 表面能的微小改变会明显影响水滴的运动效率.     

串联弹前级装药对后级随进弹爆炸作用的研究

 为获得串联战斗部随进弹在受到前级装药爆炸作用时,质量对其所受最大过载及动能衰减的影响规律,采用非线性动力学软件AUTODYN,基于Euler-Lagrange耦合算法,对前级装药的爆炸过程中,不同弹径、不同质量的随进弹穿越爆轰场进行了数值模拟。得出了随进弹在前级爆炸作用下所受最大过载和动能衰减的变化规律。基于数值模拟结果建立了随进弹剩余速度与质量的无量纲关系式,计算结果得到了实验验证。     

含能材料的理论研究与数值模拟进展

1含能材料分子设计理论体系已初步形成从微观结构（电子、分子和晶体结构）出发,综合地运用以量子化学（QC）为核心的当代理论和计算化学方法,包括分子力学、化学动力学等多学科的理论方法,建立了一套系统、有效地评估含能材料多种重要性能的方法。实现了原子化方案及PDDG／MNDO法等3种新的QC半经验方法的计算程序,计算气相摩尔生成热有较高精度。得到计算固态标准生成焓的4种方法,其标准误差均达到了国际先进水平的要求,研究结果见表1。     

非均一相互作用能对超薄膜生长影响的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo (MC)模拟技术研究了非均一的吸附原子与基底相互作用能在一定的生长条件下对超薄膜生长过程的影响.非均一相互作用能是由基底表面原子在垂直和水平方向上实际位置与理想晶格原子位置的偏差所造成.本文用高斯分布来表示这种非均一相互作用能.模拟结果表明:非均一相互作用能对超薄膜的生长过程及薄膜的形貌有显著的影响.这种影响同时受到生长条件的限制,在中等温度时相互作用能的非均一性对岛的个数、平均大小的影响最显著;温度的增加在一定程度上可抵御相互作用能的非均一性对薄膜生长的影响. 关键词： 薄膜生长 Monte Carlo 模拟 相互作用能     

水下爆炸冲击波作用下空化区域形成的特性研究

对水下爆炸冲击波作用下的局部空化和区域空化形成特性进行了理论和实验研究.引入平面冲击波假设,理论分析了结构几何尺度及冲击波参数的变化对空化区域形成的影响,并在直径5 m的圆柱形水箱中,对边长1 m、厚度2 mm的方形钢板在50 g TNT炸药、1 m爆距条件下进行了水下爆炸冲击实验,以验证局部空化理论.研究结果表明:在相同的冲击条件下,结构尺度的变化对局部空化的形成具有较大影响;炸药质量及爆深的变化会改变区域空化的形状及范围;实验结果与局部空化理论计算结果基本一致.     

不同重力下窄通道内薄材料表面的火焰传播

在常重力下模拟微重力燃烧对载人航天器的火灾安全具有重要意义.窄通道就是这样一种可以有效限制自然对流的模拟设施.但是,不同重力下火焰传播的相似性仍然是有待研究的问题.本文用实验和数值模拟的方法,比较了不同重力下有限空间内热薄材料表面的逆风传播火焰.不同重力下火焰形状和火焰传播速度的比较表明,1cm高的水平窄通道可以有效地限制自然对流,在常重力下用这种通道能够模拟微重力下相同几何尺寸的通道中的火焰传播.因此,在地面上首先利用水平窄通道,模拟相同环境中的微重力火焰传播,然后考虑通道尺寸变化对火焰传播的影响,有可能成为地面模拟其他尺寸的空间中的微重力燃烧的方法.     

不同纳米流体在微通道内的流动传热特性研究

采用数值模拟的方法研究了不同工质在微通道内流动传热特性的差异。对比了去离子水、纳米流体Al₂O₃/Water、CuO/Water、TiO₂/Water、Cu/Water等工质在微通道内的流动传热特性,并研究了纳米颗粒的浓度对流动换热特性的影响。结果表明：CuO/Water作为冷却工质时的对流换热系数比水增加了9.6%,微通道底面平均温度降低了2.6 K,换热性能明显优于其他几种纳米流体。由于纳米颗粒的加入,纳米流体的粘度比水大,进出口的压降比水大。纳米颗粒的体积分数越大,对流换热系数越大,纳米流体在微通道内的换热性能越好。