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.     

单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究

通过热流固耦合模拟分析得到了不同微通道结构热沉基底的温度场及微通道内速度场,研究了相同入流功率下不同单层微通道拓扑结构对中心有高热流密度热点芯片的散热能力。结果表明:相同入流功率(0.05W)下,不同结构的散热能力排序由高到低为Y分形、弯曲散射、直散射(双侧出流)、直螺旋、直散射(单侧出流)、圆螺旋、树状分形、直槽结构;采用中心入流可有效降低芯片中心热点附近的温度,对于中心入流的散射结构,采用对称出流结构可提升其流动传热性能;Y分形结构具有良好的流动传热特性,对于热源面和中心热点均具有良好的散热效果。     

非均质结构PBX炸药的动态压缩过程模拟

采用离散元方法,构建了考虑PBX炸药晶体颗粒与黏结剂非均匀性的计算模型,通过在炸药试样两端采用相向飞片加载、将原SHPB实验的应力边界替代为速度边界的方法,开展了PBX炸药的动态压缩数值模拟研究,再现了考虑PBX炸药非均质特性的SHPB实验过程,获得了不同加-卸载路径下炸药应力应变曲线以及相应的损伤破坏图像。模拟结果表明:在动态压缩过程中,虽然PBX炸药处于整体应力平衡,由于PBX高度非均质性,内部应力分布并不均匀,晶体间应力以应力桥形式传递;应力曲线为试样整体平均,试样内局部所受真实应力可能高于曲线峰值应力;出现卸载回滞曲线的试样发生局部损伤破坏,而完全软化曲线的试样发生整体失稳破坏。     

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。     

热点应力法在高速列车设计中的应用

应力可靠性预测对高速列车车体的安全设计非常重要.本文采用国际焊接学会推荐标准预测高速列车车体关键部位应力,通过热点应力法对应力集中部位表面应力进行外推.计算结果表明通过参考点外推得到的热点应力总是明显小于有限元计算的结果,并且更接近于实验值.采用两点外推法或三点外推法计算结果的差别很小.     

A finite element model for the simulation of lost foam casting

In this paper, we present a numerical model to simulate the lost foam casting process. We introduce this particular casting first in order to capture the different physical processes in play during a casting. We briefly comment on the possible physical and numerical models used to envisage the numerical simulation. Next we present a model which aims to solve ‘part of’ the complexities of the casting, together with a simple energy budget that enables us to obtain an equation for the velocity of the metal front advance. Once the physical model is established we develop a finite element method to solve the governing equations. The numerical and physical methodologies are then validated through the solution of a two‐ and a three‐dimensional example. Finally, we discuss briefly some possible improvements of the numerical model in order to capture more physical phenomena. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

Finite element framework for describing dynamic wetting phenomena

The finite element simulation of dynamic wetting phenomena, requiring the computation of flow in a domain confined by intersecting a liquid–fluid free surface and a liquid–solid interface, with the three‐phase contact line moving across the solid, is considered. For this class of flows, different finite element method (FEM) implementations have been used in the literature, and in some cases, these produced apparently contradictory results. In the present paper, a robust framework for the FEM simulation of dynamic wetting flows is developed, which, by consistently adhering to the FEM methodology, leaves no room for ad hoc ‘optional’ variations in the numerical handling of these flows. The developed approach makes it possible to conduct a convergence study, assess the spatial resolution required to achieve a preset accuracy and provide the corresponding benchmark calculations. This analysis allows one to identify numerical artefacts, which had previously been interpreted as physical effects, and demonstrates that suppressing numerical errors using a ‘strong’ implementation of a boundary condition creates bigger and less detectable errors elsewhere in the computational domain. We provide practical recommendations on the spatial resolution required by a numerical scheme for a given set of non‐dimensional similarity parameters and give a user‐friendly step‐by‐step guide specifying the entire implementation, which allows the reader to easily reproduce all presented results including the benchmark calculations. It is also shown how the developed framework accommodates generalizations of the mathematical model accounting for additional physical effects, such as gradients in surface tensions. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.