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/Γ（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。     

EFP水下成型影响因素的数值模拟

由于密度、压力等物理量存在差异,爆炸成型弹丸(EFP)在空气和水中的成型过程差别较大。为了优化水下EFP的设计方案,利用AUTODYN有限元软件开展仿真研究,详细讨论了装药、药型罩及弹前空气域3部分共7个变量对EFP水下成型过程的影响,最终得出适合水下EFP装药的设计参数。根据仿真结果,总质量为1 kg的EFP装药优化后的设计参数:炸药长径比为1.5,炸药种类选择爆速较高的HMX,药型罩材料为紫铜,切向锥角α为145°,壁厚δ为2 mm,弹前空气域长度为3倍装药半径,起爆半径r为0.4倍装药半径。该方案对优化EFP速度、长径比及动能等有较好的效果。     

水下爆炸冲击波数值仿真研究

由于在水下爆炸冲击波的数值仿真研究中,水的状态方程、人工黏性系数和网格尺寸对数值计算结果影响很大,采用常规TNT炸药的水下爆炸为例,以冲击波的峰值压力和比冲量为衡量指标,研究了这3个主要影响因素对数值仿真结果的影响。首先,通过采用常用的5种水的状态方程进行系列仿真,给出了各种状态方程的适用范围;其次,讨论了人工黏性系数对计算结果的影响,并给出了一次与二次人工黏性系数的建议取值范围;最后,通过对不同炸药当量及不同网格尺寸开展系列运算,从而得到不同炸药当量在满足工程计算精度要求下所对应的建议网格尺寸,并得到了不同炸药当量所对应的建议网格尺寸的表达式。     

炸药水下爆炸能量输出特性试验研究

为了解炸药水中爆炸能量的输出特性,特别是冲击波能随距离的衰减规律,对有效比冲能进行了研究。经过理论推导发现,传统的有效比冲能计算公式仍然满足相似律。TNT炸药水下爆炸试验结果表明,炸药的有效比冲能、比气泡能和总能量的测量结果与经验公式计算结果吻合较好。通过对试验结果进行分析,拟合得到了有效比冲能随距离变化的趋势线。对比经验公式结果,发现在小药量试验中冲击波能随距离的衰减更明显。     

含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

对RS211、HL-1、HL-2这3种含铝炸药和TNT炸药进行了水下爆炸实验,测量了4种炸药水下爆炸冲击波压力剖面和气泡脉动周期,获得了4种炸药水下爆炸冲击波的峰值超压、冲量、能量和气泡能。实验结果表明,在所研究的范围内,与TNT炸药相比,含铝炸药的冲击波能量有明显增加,约为TNT炸药的1.20～1.35倍,气泡能有显著增加,约为TNT炸药的1.50～2.30倍,表明在炸药中加入铝粉对于提高炸药水中爆炸威力是有益的。     

声悬浮的实验研究和数值模拟分析

介绍了自行研制的一种磁致伸缩式单轴超声悬浮装置,用此装置实现了尺寸1—7mm的若干种金属、半导体和有机物在空气中的稳定悬浮和定位,可悬浮样品的密度高达11.3g/cm³.为了优化谐振腔设计,采用边界元方法结合两类不同结构的谐振腔模型研究了谐振腔几何形状对声场分布以及悬浮定位能力和悬浮稳定性的影响. 关键词：     

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.     

新型乳化炸药动压减敏装置的数值模拟研究北大核心CSCD

利用LS-DYNA动力学有限元软件,对新型乳化炸药动压减敏装置的作用过程进行了三维数值模拟,研究了该装置在水下爆炸过程中的流场分布特征,及其结构设计对实验结果的影响。对比研究结果表明,新型乳化炸药动压减敏装置中,受压乳化炸药之间的排距是影响实验精度的关键因素,当乳化炸药的半径为2cm、主发药RDX的质量为10g时,乳化炸药的最小排距(即前排乳化炸药对后排乳化炸药影响最小时的排距)为20cm。因此,在乳化炸药动态减敏实验开展之前,可以通过数值模拟的手段预先确定最小排距,减小实验误差。该方法可为乳化炸药动压减敏的后续深入研究提供参考。     

多次水下爆炸中船体梁的累积毁伤效应

针对在多次水下爆炸中船体梁的累积毁伤问题,采用AUTODYN软件与试验相结合的方法,分析了炸药当量、爆距、爆炸次数等因素对船体梁累积毁伤效应的影响。结果表明:在水下爆炸加载作用下,船体梁会发生中部凹陷局部塑性变形和整体中拱塑性弯曲变形。在一定冲击因子作用下,其挠度与水下爆炸加载次数呈线性关系,且药量越大,挠度越大。爆距相同时,同等当量炸药对船体梁进行单次和均分连续3次水下爆炸加载,其最终塑性变形挠度不同,均分连续3次爆炸作用下船体梁的塑性变形挠度更小。     

运动网格上的水下爆炸数值模拟方法

 在对水下爆炸过程的数值模拟中,把水-气介质界面当作一种特殊的内部边界,并且在该边界上的网格节点都有双重定义,分别对应边界两侧的不同介质状态,通过利用HLLC（Harten,Lax,van Leer,Contact）方法求解任意ALE（Arbitrary Largrangian Eulerian Method,拉格朗日-欧拉方程）方程组,以及运用界面跟踪和动网格方法,对一维球对称水下爆炸模型进行了数值模拟。结果表明,所得到的数值计算结果与实验结果吻合得较好,并且在扩展到二维柱对称水下爆炸模型时,同样得到了满意的结果。     

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。     

水下爆炸特性的一维球对称数值研究

 应用数值模拟方法对水下爆炸产生的诸如气泡脉动规律、脉动周期、水中冲击波压力的变化等特性进行了研究。给出了不同装药水下爆炸产生的气泡半径脉动的一些规律、脉动周期变化规律、气泡与水交界面处的压力曲线、爆炸产生的水中冲击波压力和速度的变化等结果。     

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。     

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。     

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。     

圆柱形水下爆炸实验容器壁部强度设计研究

 基于薄壁壳理论和水下爆炸理论,对圆柱形水下爆炸实验容器在爆炸冲击波作用下弹性范围内的壁部应变进行了理论分析和实验研究。导出了圆柱形水下爆炸实验容器在爆炸冲击波作用下壁部弹性应变与容器直径、壁厚及内部爆炸药量之间的关系,并对计算结果进行了实验验证。实验表明公式求解结果与实验结果具有较好的一致性。     

B-Z反应中斑图的数值模拟及实验研究

根据B-Z反应的FKN机理得出的二维Tyson模型,用差分方法模拟了靶型波、单螺旋波、双螺旋波的形成过程.通过数值模拟发现螺旋波的组织中心是一个点缺陷,系统所有的动力学行为都受这个缺陷点的影响.在此基础上,在封闭的溴酸盐/硫酸/试亚铁灵的B-Z反应体系中,通过割断靶型波的方法,产生了双螺旋波.同时,也观察到了单螺旋波与螺旋波的破碎.这些实验结果与数值模拟结果一致.将B-Z振荡反应实验引入非线性物理实验教学中,可以扩充时空动力学的实验内容.     

球缺药型罩爆炸成型弹丸数值模拟

 利用LS-DYNA软件提供的二维轴对称拉格朗日计算编码,对钻地弹前级球缺形药型罩爆炸成型弹丸问题进行了数值模拟。讨论了计算方法的选取依据,考察了典型的射弹形成过程、壳体飞散过程以及射弹速度与动能,分析了不同模型的计算结果差异,实验结果与计算符合很好。