IHE热点细观模拟研究

研究了疏松钝感高能炸药中冲击诱导热点形成机理。利用轻气炮对不同装填密度炸进行了冲击实验，回收炸药残骸进行理化分析，结果表明材料初始密度和颗粒大小对热点形成有着强烈的影响。高速照相观察到了甘油水溶液和硝基甲烷液体薄层中气泡和空心玻璃小球有落锤撞击下，压缩、爆破过程。数值模拟与实验观察基本吻俣。     

炸药冲击响应的二维细观离散元模拟

用离散元法在颗粒尺度模拟了塑料粘接炸药的冲击响应。炸药的细观结构基于Voronoi拼图建成。以含孔洞和不含孔洞的炸药模型为例,说明细观结构对热点的形成和分布有重要影响。在这些算例中,粘塑性变形是温度局域化的主要原因,而摩擦和体积粘性等机制可以忽略。     

塑料粘结TATB炸药散心爆轰波相对强度的发展

设计了几何相似的三种尺寸的半球形塑料粘结ＴＡＴＢ炸药系统。进行了驱动铜飞层和冲击有机玻璃靶的模比（或相似）实验及二维数值模拟计算，揭示了这种炸药系统散心爆轰波相对强度增长的行为。结果表明：在小尺寸情况下，炸药的爆轰性能明显偏离比例律（ｓｃａｌｉｎｇ ｌａｗ），但偏离并不很大；对于工程应用爆轰装置的精细计算，若采用不考虑化学反应的爆轰产物经验状态方程，需要用不同的状态方程参数描述不同尺寸炸药系统的行     

用直径圆盘试验评价小样品塑料粘结炸药拉伸性能的初步研究

在圆盘试验的力学模型基础上 ,测定了JB90 14等七种TATB基PBX的间接拉伸性能 ,为进一步完善该方法做了初步研究。结果显示 :所有PBX均产生中心开裂现象 ,与该模型预测一致 ;同时该测试方法能有效地反映出JB90 14及其经不同改性后得到的三种PBX的整体力学性能变化趋势。这说明圆盘试验方法适用于PBX。通过比较这七种PBX拉伸性能 ,认为JB90 14及其改性的JB90 14 G1应值得注意。     

一种以2~#炸药为主要成份的塑料粘结炸药

2~#炸药[重(,,-三硝基乙基-N硝基)乙二胺]是一个零氧平衡的高能炸药。在2~#炸药中混入少量HMX,以氟橡胶粘结,以TATB、石墨和石腊组成的复合钝感剂来钝感,得到了撞击感度和摩擦感度较低的B-01炸药配方。配方组成为2~#炸药/HMX/TATB/氟橡胶/聚苯乙稀/石墨/石腊=70/22/4/2/0.5/0.5/1。 该配方的特点是冲击波感度很高,很容易用2mm直径的柔爆索起爆。其撞击感度与TNT相当(4％),摩擦感度低于14％,爆轰能量相当于PBX-9404,而且容易在低比压下制成不同形状,因此它适用于某些特殊用途的装药。     

冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟

为了探讨非均质炸药在冲击作用下的细观响应特性,分别对以HMX为基的PBX塑料粘接炸药和含孔洞的HMX炸药在活塞推动下热点的形成过程进行了3维离散元模拟(未考虑化学反应)。结果表明,塑料粘接炸药中的热点集中在炸药晶体与粘结剂的结合部,晶体温升低于粘结剂,且晶体边界温升高于内部。对于含孔洞炸药,热点温度与孔洞的尺寸和形状有关,大孔洞塌缩形成的热点温度高于小孔洞塌缩形成的热点温度,球形孔洞塌缩形成的热点温度高于立方体孔洞塌缩得到的热点温度。     

多组分PBX炸药细观结构冲击点火数值模拟

建立了炸药颗粒自由堆积三维计算模型,考虑了炸药颗粒尺寸和位置的随机分布、粘结剂对炸药颗粒的包覆和不同组分炸药颗粒间的级配;采用非线性有限元方法,对炸药颗粒由自由堆积到密实装药的压药过程进行模拟,构建了PBX炸药细观结构模型;对多元PBX炸药（HMX+TATB+Estane）细观结构冲击点火过程进行了计算,考虑冲击作用下炸药内部热力耦合作用和自热反应,计算不同组分比例混合炸药的冲击点火性能,分析了炸药组分对冲击点火的影响。研究表明TATB含量增加,混合炸药冲击感度降低。

     

冲击载荷下炸药装药动态响应的有限元分析及热点形成机理的数值模拟

对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。在Ｐｅｒｚｙｎａ本 构模型的基础上,作了适当的补充和修正,将流动参数、弹性模量Ｅ均视为温度的函数,动态 有限元计算结果表明,计算曲线和实验曲线有很好的近似。为模拟材料中不均匀性的影响,在 药柱中心引入一孔洞,有限元计算结果给出含孔洞药柱的粘塑性动态响应、药柱网格变形图以 及药柱等温线,可以清楚看出在孔洞附近区域有局部高温产生。本文的本构模型和计算方法对 于研究冲击载荷下炸药装药的力学响应以及炸药装药中热点形成机理的数值模拟提供了良好 的基础。     

钢筋混凝土梁受弯破坏过程的细观数值模拟研究

在细观层次上将混凝土视为由粗骨料、硬化水泥砂浆及界面粘结带组成的三相非均质复合材料,能够较好地模拟混凝土加载时的裂缝扩展过程和分布规律。本文采用细观刚体弹簧元法模拟了钢筋混凝土梁的弯曲受力性能和破坏过程,加载方式采用两点对称加载。数值计算得到了钢筋混凝土梁的破坏形态和荷载一变形曲线,并分析了受力过程中纵向钢筋的应力变化。与试验结果对比表明,细观刚体弹簧元法可以有效模拟钢筋混凝土梁的裂缝开展过程、破坏形态和荷载一变形响应。     

立方晶系多晶体细观马氏体相变有限元模拟

从马氏体相变切变机理入手,考虑相变体积变化,定义相变机械驱动能及其等效驱动应力,并在假设细观化学驱动能均匀的前提下,建立细观动力学模型.在此模型基础上,通过Marc软件二次开发,开展弹塑性立方晶系多晶体单向拉伸下的应力耦合细观马氏体相变有限元模拟.有限元模型的每个单元同时代表一个材料主轴随机分布的晶粒,屈服准则采用立方晶系单参数Hill准则,细观相变率与细观等效驱动应力关系取指数形式.三个多晶体样本模拟显示:1)细观马氏体相变分布不均匀,且不均匀程度随增量步增加呈先快后慢的减弱;2)多晶体宏观相变率-宏观拉伸应力模拟曲线呈指数态势,但在整个加载过程中,相变量均较细观模型的小.     

船舶在进出船厢运动中的附加质量的计算

采用三维有限元方法,计算船在进出船厢运动中的附加质量。文中对单圆柱体在无限域和半无限域中运动的附加质量及双圆柱体同心放置时内圆柱运动的附加质量分别进行了计算,计算值与理论值吻合很好;对船在进出船厢运动中的附加质量做了大量的计算,结果表明：随着船与船厢侧壁间距的减小,船的附加质量系数增大;随着船厢中水深的减小,船的附加质量系数增大,随着船离船厢封闭端的距离的减小,附加质量系数增大。     

离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题.本文尝试建立三维离散元与壳体有限元结合的多尺度方法用于处理圆柱壳问题,该方法采用三维离散元对感兴趣的局域进行局部模拟,利用平板壳体有限元进行整体模拟,采用一种特殊的过渡层使离散元区和有限元区能很好的衔接.我们将这一方法应用于激光辐照下充压柱壳的热/力耦合冲击破坏响应,得到的模拟结果与文献报道有较好的吻合.     

可压缩多介质流动的间断有限元方法

采用间断有限元方法、LS方法和通量装配技术相结合,建立了一种计算可压缩多介质流动的有效方法。计算中以光滑Heavside函数构造流体比热比和重新初始化方程中的符号距离函数,并采用通量装配技术抑制界面附近的非物理振荡。为解决可压缩多介质流动提供一种新的手段。     

离散元法研究的评述

介绍了离散元法的基本理论、计算方法及其应用的现状和最新进展.从离散元法的离散模型特点及便于甄别与其它数值计算方法的关系的角度给予离散元法一个比较宽松的定义.在此基础上阐明了离散元方法与刚体-弹簧模型(rigid body spring model, RBSM)方法,不连续变形分析(discontinuous deformation analysis, DDA)方法,分子动力学(moleculardynamics, MD)方法,三维离散元(discrete meso-element dynamicmethod, DM$^2$)方法及无网格方法(meshless method)等数值计算方法的关系, 并讨论了离散元法研究中亟待解决的问题和今后的发展方向.      

气固两相流介尺度LBM-DEM模型

LBM-DEM耦合方法通常是指一种颗粒流体系统直接数值模拟算法,即是一种不引入经验曳力模型的计算方法,颗粒尺寸通常比计算网格的长度大一个量级,颗粒的受力通过表面的粘性力与压力积分获得,其优点是能描述每个颗粒周围的详细流场,产生详细的颗粒-流体相互作用的动力学信息,可以探索颗粒流体界面的流动、传递和反应的详细信息及两相相互作用的本构关系,但其缺点是计算量巨大,无法应用于真实流化床过程模拟。本文针对气固流化床中的流体以及固体颗粒间的多相流体力学行为,建立了一种稠密气固两相流的介尺度LBMDEM模型,即LBM-DEM耦合的离散颗粒模型,实现在颗粒尺度上流化床的快速离散模拟。该耦合模型采用格子玻尔兹曼方法(LBM)描述气相的流动和传递行为,离散单元法(DEM)用于描述颗粒相的运动,并利用能量最小多尺度(EMMS)曳力解决气固耦合不成熟问题,以提高其模拟精度。通过经典快速流态化的模拟,验证了介尺度LBM-DEM耦合模型的有效性。模拟结果表明介尺度LBM-DEM模型是一种探索实验室规模气固系统的有力手段。     

环形激波聚焦流场特性的数值研究

针对环形激波聚焦过程产生的高温、高压特性,采用间断有限元方法模拟了环形激波在同轴圆柱形激波管内的聚焦流场特性。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉激波聚焦过程形成的二次激波、涡环、三波交点和球面双马赫反射等主要流动特征。此外,通过改变环形管道内外半径对聚焦流场进行模拟发现,环形管道外径对中心轴线上聚焦峰值压力的大小和位置影响较小,环形管道内径对中心轴线上聚焦峰值压力的大小和位置影响较大。计算结果可以为工程应用提供一定的理论指导。     

填隙二阶流体下圆球平行于壁平移的粘性阻力

离散元法是分析散体力学行为的数值方法.存在填隙流体时,颗粒之间或颗粒与壁之间产生的法向挤压力和切向阻力、阻力矩,是湿颗粒离散元法的理论基础.二阶流体是以微小偏离牛顿流体本构而考虑时间影响的一种流体.它具有常粘度,并且第一和第二法向应力差正比于剪切率的平方.根据Reynolds润滑理论,采用小参数法,导出了存在填隙二阶流体时,圆球沿平行于平壁缓慢移动时流体的速度场和压力方程,进而求出切向阻力和阻力矩的解析解.有趣的是在推导时所得的速度场和压力方程形式比牛顿流体要复杂得多,但最终结果表明圆球沿平行于平壁移动时因填隙二阶流体引起的切向阻力和阻力矩与牛顿流体时的结果相同.