电爆炸箔驱动绝缘飞片的一维数值模拟

在一维有限差分反应流体动力学程序SSS中引入电爆炸模型,在此基础上结合新引入的物态方程库,开展了电爆炸加载下飞片运动过程的数值模拟研究。计算结果与实验结果基本吻合,表明SSS对电爆炸驱动飞片的过程的模拟是可靠的,为电炮加载技术的优化设计和电爆炸驱动飞片物理过程的进一步研究提供了一套有效的计算方法和程序。     

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。     

爆轰波对碰驱动平面组合飞片的数值模拟

采用SG (Steinberg-Guinan)强度模型描述组合飞片(铅和铝)的动力学响应行为, 对两侧对称点起爆圆柱炸药、爆轰波对碰驱动组合飞片实验模型进行了数值模拟计算。得到了爆轰波对碰驱动组合飞片的计算图像, 并与实验结果进行了对比分析, 明确了SG强度模型对描述爆轰波对碰驱动下组合飞片的适用性, 为高应变率条件下材料强度模型的适应性研究奠定基础, 同时也为更好地理解材料在高应变率条件下的本构关系以及材料在对碰区的动力学行为提供参考。

     

点起爆炸药驱动平板飞片运动的数值模拟研究

为研究点起爆发散爆轰波驱动飞片的运动特性,自行研制了二维流体动力学程序TDY2D,采用由实验所标定炸药的状态方程参数,对3种长径比相差较大的点起爆炸药驱动平板飞片运动的模型进行了数值模拟计算,并对结果进行了分析。计算所得的飞片运动历史和击靶波形均与实验符合较好,具有较高的计算精度,从而验证了该程序的准确性和有效性。     

JO-9159与JB-9014复合药柱爆轰驱动平面飞片实验与数值模拟

为了研究串联复合药柱(JO-9159/JB-9014)结构尺寸对能量输出的影响,采用有限元软件AUTODYN对标准平面飞片实验进行数值模拟,并进行了实验验证,结果表明,飞片速度实验值与计算值的相对误差为0.2%~3.0%,比动能相对误差为0.4%~6.0%,因此模型是可信的。利用该模型及材料物性参数,对不同高度比的串联复合装药结构进行数值计算,研究结构尺寸变化和复合装药能量释放的规律,得到高能炸药和钝感炸药尺寸比与飞片速度的指数关系公式。数值模拟研究表明, 随着高能炸药组成增加,爆轰驱动飞片的第1峰值速度和第2峰值速度越来越接近,而钝感炸药组成较大时,第1峰值速度较第2峰值速度较小,整个速度历史随着时间的推移有较大的跃升过程。

     

阻抗梯度飞片加载下的超高速发射二维数值模拟方法

阻抗梯度飞片准等熵加载和超高速发射的二维数值模拟,在计算方法上集中体现了多介质、多界面、大变形、高密度比等特点.采用多介质流体高精度PPM计算方法,以VOF为基础研制MFPPM2二维计算程序,数值模拟Sandia实验室的超高速发射实验模型,获得了与Sandia实验室数值计算一致的结果.     

Pillow飞片气炮加载实验的数值模拟研究

采用多介质弹塑性流体动力学计算方法,研制了适用于复杂加载的Lagrange计算程序MLEP,对劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL）19层和冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室（Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics,LSD）设计的29层Mg-Cu体系Pillow密度梯度飞片气炮加载实验过程进行了数值模拟和比较,获得的速度剖面计算结果与实验测试结果吻合一致,验证了流体动力学计算方法、不同材料体系混合模型以及计算程序的有效性和实用性,为进一步开展可控路径的复杂加载实验研究奠定了基础。     

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。     

磁驱动飞片的三维数值模拟及分析

磁驱动准等熵加载和超高速飞片发射是一种全新的冲击动力学和高能量密度物理实验加载技术。利用三维磁流体动力学软件,模拟了磁驱动飞片的物理过程,计算得到的飞片自由面速度与实验结果符合较好。通过计算飞片横断面的温度、密度和磁场分布,得到了加载过程中磁扩散速度和飞片的剩余厚度。飞片加载过程中飞片边缘的卷曲变形严重,分析认为是由电流和磁场分布的不均匀导致飞片边侧受斜上方较大的加载力所致,并且电流分布的不均匀是主要因素。实验设计时,可利用极板构型的变化调节加载面的电流分布,从而提高飞片的平面性,减小边侧的卷曲变形。

     

渐变阻抗飞片超高速发射数值模拟

为在轻气炮上实现二级飞片的超高速发射,设计了波阻抗连续变化的渐变阻抗飞片。变阻抗飞片撞击面为镁,底面为钨,中间为镁、铜和钨的掺合材料。建立了变阻抗飞片超高速发射的计算模型,采用分成单元层描述阻抗变化。对变阻抗飞片超高速发射二级飞片过程进行了数值模拟计算,分析了阻抗分布、二级飞片直径和缓冲层厚度对二级飞片速度的影响。结果表明：在优化阻抗分布、二级飞片直径和缓冲层厚度的条件下,二级飞片的最大速度能够达到16 km/s以上。     

带窗口磁驱动准等熵压缩实验模拟

在二维磁驱动数值模拟程序MDSC2中增加了LiF材料的材料参数和功能模块,使MDSC2程序具有了求解带窗口磁驱动准等熵压缩实验的能力。采用MDSC2程序,对大电流脉冲功率装置上的exp-3-window、exp-6-window带窗口磁驱动准等熵压缩实验进行了模拟。数值模拟结果表明,二维磁驱动数值模拟程序MDSC2能正确模拟带窗口磁驱动准等熵压缩实验exp-3-window和exp-6-window的全过程,模拟的飞片/窗口界面速度在飞片/窗口界面速度的上升阶段、峰值附近和卸载阶段与实验测量基本一致,验证了新程序的计算有效性。MDSC2程序对带窗口磁驱动准等熵压缩实验的正确模拟有助于磁驱动样品物性实验的研究。     

一种激光驱动高压状态方程绝对测量方法的探索

数值模拟了激光直接驱动铝飞片空腔靶的物理过程,模拟结果表明,如果靶结构参数与激光条件匹配,飞片与靶可以近似实现对称碰撞,而且冲击波在靶中存在稳定传播区,采用结构参数合理的飞片双面台阶靶,可能实现状态方程的绝对测量.同时进行了实验探索,实验结果与数值模拟结果基本吻合. 关键词： 绝对测量 飞片双面台阶靶 数值模拟 状态方程     

水下爆炸特性的二维数值模拟研究

对带有3 mm左右厚铝壳或钢壳的柱形TNT、RS-211、T/（35/65）以及ROT901装药在水下采用一端点起爆后,水中冲击波超压分布进行了二维数值模拟研究。对该四种炸药的每一种,分别考虑了药量为1 kg、3 kg、5 kg和8 kg四种TNT当量的柱形装药情况。柱形装药的长径比为L/D=1.5左右。计算使用的程序为二维欧拉多流体网格法流体力学计算程序MFIC。给出了水中冲击波超压的空间和时间分布;对铝壳和钢壳两种情况的结果进行了分析、比较;同时给出了缩比模型与1∶1模型之间相应物理量之间的缩比关系。     

爆炸作用驱动液体抛撒初始阶段数值仿真

针对灭火战斗部引战配合设计,研究爆炸作用驱动液体（水基灭火剂）抛撒初始阶段的特性。依据典型灭火战斗部的结构建立数值仿真模型,采用LS-DYNA软件进行仿真计算,分别获得了加载系数（驱动装药与液体的质量比）对壳体破裂时间和壳体破裂初期液体/空气界面运动速度的影响规律,以及液体/空气界面后续的运动特性。进行了同条件下爆炸驱动水基灭火剂抛撒实验,得到了不同加载系数条件下壳体破裂初期液体/空气界面的运动速度。实验结果与数值仿真结果吻合良好,表明所采用的数值仿真方法具有正确性和有效性,对相关问题的研究具有重要参考价值。     

水中障碍物爆炸毁伤效应的二维数值模拟

建立了水下障碍物的爆炸毁伤效应的物理模型和计算模型。建立了守恒方程组、混凝土的动态弹塑性本构关系和破坏准则,并确定了其在大应变、高应变率及高压条件下的的屈服准则。基于多物质流体的Euler算法,用面向对象的C++语言自行编制了NM-MMIC通用多物质二维流体弹塑性程序,对不同炸点位置、不同炸药量对轨条砦爆炸破坏过程进行数值模拟,并采用自行开发的后处理软件VISC2D实现了可视化,定量地反应了障碍物迎爆面所承受的压力变化过程,确定了轨条砦毁伤的最佳药量,并对毁伤程度进行了评价,得到了爆炸破障的毁伤规律。研究结果对设计和评价反水中障碍物的弹药具有一定的参考价值。     

微型爆炸箔电爆炸过程的数值模拟

微型爆炸箔开关的电爆炸过程进行合理简化,建立了微型金属箔电爆炸的数值模拟方法。通过自编的一维数值计算程序,对微型爆炸箔的电爆炸过程进行数值模拟,计算结果较好地再现了微型爆炸箔电爆炸过程,计算得到的爆炸电流和爆炸时间与实验结果偏差小于5%。计算结果表明,微型铜箔电爆炸产物的爆炸压力可高达2 GPa,温度超过10 000 K, 电离度超过40%,通过数值计算,给出了对开关设计有重要影响的最小起爆阈值参数,并和实验结果进行了比较,获得了较为一致的结果。

     

磁驱动飞片发射实验结构系数初步研究

为了确定磁驱动飞片发射实验结构系数的范围、影响因素、结构系数与影响因素的关系,对聚龙一号装置上的磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明,磁流体力学程序能正确模拟聚龙一号装置上各个磁驱动飞片发射实验;磁驱动双侧飞片发射实验的结构系数为0.7～0.8;磁驱动单侧飞片发射实验的结构系数为0.80～0.85。磁驱动飞片发射实验的结构系数与实验加载电流无关,仅由磁驱动飞片发射实验的负载结构决定。磁驱动飞片发射实验的结构系数取决于阴阳电极极板的初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙以及阴阳电极上飞片厚度之和等三个因素。在磁驱动飞片发射实验中,电极初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙不变的情况下,结构系数由阴阳电极上飞片厚度之和确定,阴阳电极上飞片厚度之和越大,结构系数越大。