爆轰产物驱动飞片运动数值模拟研究

利用数值模拟方法,研究了主装药与飞片之间的空气隙厚度变化对飞片中载荷幅度和载荷上升时间、飞片速度和飞片变形量的影响。数值模拟与验证实验结果吻合得较好。结果表明,带空气隙的化爆加载装置可以在飞片中获得较小的载荷幅度和较长的载荷上升时间,并且可以降低飞片击靶速度,从而实现较低的冲击压力,但飞片变形量随着空气隙厚度增大而增大。     

带空腔爆轰加载装置对驱动飞片的影响

结合实验和数值模拟技术 ,研究了在炸药透镜和飞片之间引入空腔对爆轰躯体的定量影响。计算和实验结果基本一致 ,表明引入空腔的爆轰加载装置可以推动厚度 6mm以上的厚飞片 ,并可以避免飞片中出现层裂现象 ,从而可以实现较低的冲击压力和较长的压力脉宽 ,在推动厚飞片和较严格地控制作用时间方面也有明显的优点。     

爆轰驱动飞片撞击铁电体爆电换能的放电特性

为了研究铁电体作小型电磁脉冲弹高功率脉冲电源的放电特性,提出了爆轰驱动飞片撞击铁电体的冲击波数值算法,计算了不同装药长度下飞片对铁电体的冲击载荷,建立了铁电体负载为高压储能电容的去极化放电模型,设计了铁电体去极化放电装置,并进行了实验。实验表明:5mm 的装药柱长度能够满足铁电体相变的压强条件;负载为0.2、18H 时,储能电容能够将放电脉宽拉伸至20s,去极化放电能量随着铁电体并联数目增加而增加,放电损耗率大约15%。     

网络爆轰驱动飞片的设计技术

提出使用炸药网络爆轰技术,设计了一种新型的低速飞片击靶加载装置,结合数值模拟和实验测 量,对驱动飞片的速度、平面性及装置结构参数进行了系统分析。实验结果表明,无氧铜飞片可以使直径 100mm、厚度3mm 的飞片在飞行距离2mm 内达到稳定的飞行状态,击靶速度在200~350m/s范围内连 续可调,飞片击靶平面范围大、速度均匀、平面性好,为实现低冲击应力的一维应变加载提供了参考。     

强爆轰驱动飞片的数值模拟研究

在一维流体动力学程序中,使用了JWLT状态方程,对强爆轰驱动飞片的实验模型进行了数值模拟研究,得到了炸药爆轰产物的压力和密度分布,验证了强爆轰的存在,同时得到了二级飞片自由面的速度曲线,与实验测量结果符合较好,为解释实验结果和设计新的强爆轰实验提供了计算依据,同时验证了程序的正确性。     

点引爆圆板装药驱动飞板的实验及二维数值模拟

本文报导点引爆圆板装药驱动飞板的实验及二维数值模拟研究结果。实验测定了有机玻璃、铝、钢和铜四种飞板在爆轰产物驱动下的碰靶时间及碰靶波形,并将二维数值模拟结果与测量结果进行了比较,二者符合较好。文中还就数值模拟中存在的一些问题进行了简要分析、讨论。     

气相爆轰驱动二级轻气炮内弹道数值模拟

二级轻气炮是超高速弹丸驱动技术中使用最广泛的技术之一, 它在超高速气动物理现象及材料高速碰撞下力学性能的实验研究和验证方面起着不可或缺的作用. 中国科学院力学研究所基于爆轰驱动方法研制了一座大型二级轻气炮, 可弥补高压气体驱动能力有限和火药使用受限的不足. 本文基于经过实验验证的准一维数值模拟方法, 详细研究了该设备的内弹道动力学参数及发射性能, 并探讨了不同发射方法及装填参数对设备性能的影响规律和机理. 研究结果表明, 氢氧爆轰驱动相比于高压气体驱动具有明显优势; 不同爆轰驱动方式对弹丸发射性能影响较小, 但其影响到整个设备的强度设计; 对装填运行参数的研究表明增大爆轰段充气压力可以有效加强轻气炮发射性能, 而活塞质量变化对发射速度的影响较为复杂, 轻气炮实际运行中受设备设计指标及模型材料性能的限制, 优化过程中需要同时调整3种参数以达到轻气炮最佳性能.      

磁驱动飞片的一维磁流体动力学数值研究

磁驱动高速飞片技术是近年来发展的一种新型实验技术,在冲击波物理领域得到应用。该过程伴随着磁场扩散,并由此引起焦耳加热,使得飞片加载面的相状态发生变化,这决定了飞片厚度的范围。基于拉格朗日坐标系,利用磁流体动力学方程组、电阻率方程和状态方程数据库,对磁驱动铝飞片进行了一维磁流体动力学数值计算,获得了不同时刻铝飞片密度、温度的剖面分布,得到了磁场扩散速率随加载电流密度的变化关系。文章所选取的电导率方程只考虑到汽化点为止,对于等离子体形成的过程无法描述,如果要精确描述更高电流密度下的驱动过程,需考虑更为普适的电导率方程。磁场扩散速率随加载电流密度的变化存在转折点,在转折点前后可分别用两个线性关系表达式加以刻画。利用这些关系和冲击波物理相关知识,对磁压加载等熵驱动飞片实验样品厚度的选择进行了研究。     

钝感炸药爆轰波传播和驱动的数值模拟研究

为实现对非理想爆轰波传播和爆轰驱动问题的精确计算,研究了与贴体坐标下Level Set方法相结合的爆轰冲击波动力学(DSD)计算方法;根据Hamilton-Jacobi方程的Godunov差分格式,提出了非正交的贴体坐标系中Level Set函数方程的差分格式及其相应的数值方法;并将该DSD方法与二维流体动力学程序TD...     

树木在风中摇曳的流固耦合数值模拟方法探索

树木在风中摇曳是一个流固耦合问题,但树的结构复杂,无法直接用已有的流固耦合数值方法来模拟.本文提出一种基于虚拟耦合面的流固耦合方法,该方法用一个虚拟的连续曲面把树冠包裹起来,在这个曲面上建立流固耦合关系,并将虚拟曲面上计算得到的风荷载作为树木结构的外力进行加载.虚拟耦合面本身不妨碍树木枝条的运动,且能避免在每个枝条、树...     

入水问题的Euler-Lagrange流固耦合数值模以技术研究

针对结构入水过程的特点,建立了一种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序,把结构对水作用的过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了结构与水之间流固耦合作用过程的模拟.其中水、空气的运动利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序进行模拟,结构的运动变形利用Lagrangian过程的结构动力学有限元计算程序模拟结构响应.通过板入水问题的计算结果与商业软件计算结果进行比较,验证了计算方法对流固间相互作用处理的正确性.本文计算程序可用于一般入水问题的结构响应-流场运动分析中.     

数值流形方法在流固耦合谐振分析中的应用

数值流形方法(流形法)是石根华博士利用现代数学中流形分析的有限覆盖技术建立起来的新的数值分析方法,统一解决了连续和非连续变形的力学问题,具有广阔的应用前景。本文将流形法应用于交界面耦合的流固振动分析,采用平面矩形数学网格,针对无粘、无旋、不可压缩流体和无阻尼的固体结构,提出分析流固耦合系统简谐振动的高阶流形法公式,其中,采用拉格朗日乘子法引入流场的已知边界条件。本文还初步研究了在特殊的无限远流场中采用解析解覆盖函数的实现技术。文中算例体现了流形法网格划分的方便性和计算的高精度,显示出流形法在数值解和解析解联合运用上的优势。     

滑移爆轰驱动下飞板运动姿态的连续电阻测试法

飞板运动姿态的测定是爆炸焊接机理研究的基础,针对传统电测方法存在干扰因素多、易产生弯曲波等缺陷,设计了一种适用于野外大当量下爆炸焊接飞板姿态实验的连续电阻测试方法。研制了3种不同结构的梯形支架型连续电阻探针元件,利用有限元程序分析了探针的导通压力和响应时间,在此基础上,对3种探针实施了爆炸焊接实验,实验结果表明:金属丝网型探针元件具有最优的导通效果,各段测试曲线光滑无毛刺。以该探针数据计算获得了待测飞板的运动姿态曲线,并与Richter简化模型下的近似计算公式结果进行了对比,两者基本一致。所述测试方法实现了炸药爆速和飞板变形曲线的连续、可靠和快速测量,为滑移爆轰驱动问题、爆轰产物状态方程等的研究提供了测试方法补充。     

A numerical method for simulation of attached cavitation flows

A new numerical algorithm for attached cavitation flows is developed. A cavitation model is implemented in a viscous Navier–Stokes solver. The liquid–vapour interface is assumed as a free surface boundary of the computation domain. Its shape is determined with an iterative procedure to match the cavity surface to a constant pressure boundary. The pressure distribution, as well as its gradient along the wall, is taken into account in updating the cavity shape iteratively. A series of computations are performed for the cavitating flows across three kinds of headform/cylinder bodies: conic, ogival and hemispheric heads. A range of cavitation numbers is investigated for each headform/cylinder body. The obtained results are reasonable and the iterative procedure of cavity shape updating is quite stable. The superiority of the developed cavitation model and algorithm is demonstrated. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Averaging of particle data from phase Doppler anemometry in unsteady two-phase flow: Validation by numerical simulation

A novel post-processing algorithm is proposed to correct statistical bias observed in the treatment of time series obtained by a phase Doppler anemometer (PDA) at flow locations with variable particle velocity and concentration. Extensive properties of each validated particle are weighted with their inverse measuring (validation) volume to account for the procedure of particle sampling and fluctuations in the particle concentration. To compensate for the short characteristic length of the validation volume, the properties of particles are expressed by properties of fields of particle groups, using a local averaging time. A window shift and a decorrelation scheme are applied on the fields to increase their frequency resolution. This algorithm has been tested on numerical time series, provided by an Eulerian/Lagrangian code representing a gas/solids flow past a bluff body. Moments and spectral estimates of concentration and velocity of particle groups were successfully validated by the numerical simulation using the PDA data algorithm and control volume averaging. The control volume was much larger than the PDA validation volume, but the centre positions of the two volumes were identical.     

动力松弛法在板为成形过程数值模拟中的应用

论文阐述了动力松驰法的基本原理,推导出它在中心差分动力显式算法中的应用列式,并将其用于锥形凸缘的圆形杯拉深成形过程的数值模拟研究,获得了满意的结果。     

结构随机分析的Monte Carlo加权残值法

本文提出一种结构随机分析的Monte Carlo加权残值法。文中建立了这种方法的基本列式,并通过静力挠度、固有频率和屈曲荷载等算例,表明本文方法理论简捷,计算工程量少,精度较高,是随机结构数值分析的有效方法。     

A numerical study of two- and three-dimensional detonation dynamics of pulse detonation engine by the CE／SE method

In this paper, the CE/SE method is developed to simulate the two- and three-dimensional flow-field of Pulse Detonation Engine (PDE). The conservation equations with stiff source terms for chemical reaction are solved in two steps. The detailed analysis of computational results of a PDE with a single detonation tube and a PDE with five detonation tubes are given in this paper. Complex wave systems are observed inside and outside a PDE. For a PDE with 5 detonation tubes, there is a big bow shock produced from a number of little shocks near the open ends of tubes. A lot of vortexes interact with shocks and a large expansion wave propagates forward and backward with respect to the PDE in a semi-oval shape.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (59906005), the Teaching and Research Award Program for Outstanding Young Teachers in High Education Institutions of MOE, China     

A wavelet finite-difference method for numerical simulation of wave propagation in fluid-saturated porous media

In this paper, we consider numerical simulation of wave propagation in fluidsaturated porous media. A wavelet finite-difference method is proposed to solve the 2-D elastic wave equation. The algorithm combines flexibility and computational efficiency of wavelet multi-resolution method with easy implementation of the finite-difference method. The orthogonal wavelet basis provides a natural framework, which adapt spatial grids to local wavefield properties. Numerical results show usefulness of the approach as an accurate and stable tool for simulation of wave propagation in fluid-saturated porous media.     

Aeroelastic stability analysis of a flexible over-expanded rocket nozzle using numerical coupling by the method of transpiration

The aim of this paper is to present and compare two different approaches for aeroelastic stability analysis of a flexible over-expanded rocket nozzle. The first approach is based on the aeroelastic stability models developed in a previous work, while the second uses the numerical fluid–structure coupling via the transpiration method. The aeroelastic frequencies of the nozzle obtained by various stability models are compared with those extracted from the numerical coupling by the method of transpiration. Both set of results show an overall good agreement.