爆炸作用数值模拟

采用简单的炸药化学反应率方程,利用二维流体弹塑性流动程序,对一个变直径铜壳中装药的爆炸作用做了数值模拟。     

带尾翼的爆炸成形弹丸三维数值模拟

利用LS-DYNA三维动力有限元程序对三点起爆的翻转型EFP形成过程及三个尾翼进行了数值模拟，结果表明：数值计算结果和实验结果吻合得较好，可为弹丸设计的改进和优化提供重要的参考依据。分别选择Johnson-Cook和Steinberg两种本构模型对药型罩材料进行了数值模拟对比，结果表明：药型罩材料的本构模型选取对形成的尾翼效果有一定的影响，Steinberg本构模型与试验结果符合得更好。     

无网格MPM法三维爆炸焊接数值模拟

物质点法MPM(Material Point Method)是无网格方法之一.它是在质点网格法(PIC)基础上发展而来的一种新数值方法,它利用了欧拉法和拉格朗日法两者的优点,计算物质点在冲击载荷下的应力和应交;通过物质点来跟踪材料体的变形和破损,而在整个计算过程中背景网格始终固定不变,避免了重新划分网格.本文应用MPM法计算三维爆炸焊接问题,在爆轰载荷作用下的飞板和基板的金属动态变形过程进行了三维数值模拟,并且对飞板的碰撞点速度和爆轰压力变化进行了计算分析.     

ALE方法在爆炸数值模拟中的应用

本文以ALE（Arbitrary Lagrange—Euler）理论为基础，结合非线性动力学的相关理论，推导了ALE方法描述的控制方程组。最后采用ALE描述方法针对集团装药在半无限土质中爆炸进行了数值模拟，并将模拟计算结果与现有实验研究成果进行了对比。在模拟给出的最大压力时程曲线和爆腔发展时程曲线的基础上，对空腔的形成和发展规律以及次生波的形成等问题进行了研究。通过对比，证明ALE算法综合了Lagrange和Euler法的优点，能够有效地用于对爆炸过程进行数值模拟。     

水下爆炸冲击波的数值模拟研究

应用商业有限元程序MSC.DYTRAN数值模拟了球形药包在无限水域中爆炸产生的冲击波。通过和经验公式计算结果的比较,证明采用合理的计算参数和有限元模型能够较好地模拟水下爆炸冲击波的传播过程。通过调整水的状态方程参数,达到了提升冲击波峰值应力的效果,从而有效地降低了单元数量和计算时间。     

黄土中爆炸挤密实验与数值模拟

为研究爆炸挤密加固技术在黄土中的应用,规避在既有公路上进行大规模爆炸挤密现场实验的风险,验证借助计算机软件进行数值模拟的可行性和可靠性,先设计实施了小型爆炸挤密室外实验,再利用室外实验的材料参数和几何尺寸建立与各实验工况相对应的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,通过将爆腔体积、爆后土壤密度和作用于土壤的峰值压应力3个方面对数值模拟结果和实测结果进行对比,验证了将ANSYS/LS-DYNA用于数值模拟爆炸挤密技术加固黄土的可行性和可靠性,并得出上述三个方面的变化规律,可为根据现场路基状况和几何尺寸进行数值模拟提供借鉴和参考。     

非理想爆源产生的爆炸场数值模拟

本文采用有限差分方法——TVD(Total Variation Diminishing,A. Harten,1983)格式对非理想爆源在地面上形成的二维轴对称爆炸场进行了数值模拟,数值计算值与试验结果吻合得相当好。     

入水后爆炸问题的数值模拟技术

应用各种数值计算方法及计算处理技术,编制程序实现了对弹体入水后爆炸问题全过程的数值模拟.其中弹体与水,爆轰产物气体与弹壳之间的相互作用通过流固耦合技术来描述;水面与空气、爆轰产物与水、空气之间的相互作用采用VOF方法(Volume-of-Fluid)来描述;采用了刚体-柔体转换、单元失效删除等计算技术以更高效、更好地模...     

钙质砂场地爆炸成坑实验与数值模拟研究

为了建立钙质砂场地爆炸成坑效应的计算方法,首先在开挖出的钙质砂模型场地开展了不同当量、不同埋深的野外爆炸实验,然后基于有限元与光滑粒子流耦合算法建立了适用于钙质砂爆炸成坑计算的数值模型,并分析了炸药形状和土体参数对爆坑形态的影响,最后建立了适用于钙质砂场地中的爆坑计算公式。结果表明：埋置爆下,钙质砂场地爆坑尺寸大于硅质砂土中的爆坑尺寸;光滑粒子流算法能较好地揭示钙质砂场地中爆坑轮廓的形成机理;炸药形状和土体密实度等参数对于钙质砂爆坑形态具有不同程度的影响,拟合得到的钙质砂场地接触爆和埋置爆抛掷型爆坑尺寸计算公式,可较好地预测不同爆炸当量作用下的爆炸成坑尺寸。     

基于数值模拟方法的自然通风器风载体型系数研究

基于Fluent软件平台,采用混合网格划分,选用Realizable k-ε湍流模型,对某自然通风器的风场进行三维数值模拟研究.选择0°、45°、90°、135°和180°等风向,每个风向考虑39m/s风速,此外对0°、180°两风向还考虑了57m/s风速.通过模拟,得到了主通风器导流片的风载体型系数.经计算,0°,180°两个风向的风场对导流片抗风影响较大,基于此对这两个风向的计算结果进行了详细分析.在数值模拟过程中引人多孔介质阶跃模型模拟次通风器导流片,在降低模型复杂程度和减少计算量的同时,保证了数值模拟结果的可靠性.分析表明,基于数值模拟方法得到的风载体型系数在不同风向和风速的情况下呈现一定的变化规律性,为确定自然通风器类结构的风载体型系数提供了合理依据.     

RVSP勘探炸药震源爆炸的数值仿真

针对RVSP勘探存在的既要获得高的地震波能量,又要保证油井套管不被炸坏的矛盾,在理论分析的基础上,使用AUTODYN数值仿真软件,研究了油井材料对炸药能量传递的影响,得到了距离震源10m处的质点振动速度和压力变化曲线;分析了炸药震源半径与油井套管的变形的关系;讨论了炸药震源长度与其能量传递以及油井套管变形的关系。开展了相应的实验研究,数值仿真与实验结果吻合较好。研究结果可以为RVSP勘探的工程应用提供参考和依据。     

球型密闭容器中铝粉爆炸机理的研究

对中心点火球型密闭容器中的铝粉爆炸进行了实验和理论两方面的研究。实验采用２０立升的球。除测量压力外,还通过系踪平均法测试了流场的湍流强度,并利用电子显微镜和Ｘ光衍射仪分析了铝粉及其燃烧后残渣的形状和组分。文中对２０立升和５０立升球型容器中铝粉燃烧的全过程进行了数值模拟。对于可测量的量如压力和压力上升速率,计算结果与实验结果基本相符。基于反应区外质点的熵几乎不变这一事实,对计算获得的参数剖面还进行了理论分析。     

封闭和半封闭通风空间的环境流体问题

半封闭与全封闭空间的环境流体力学包括系统内的空气流动、温度和湿度分布以及污染物的凝积等问题, 其中涉及控制空间的空气质量、通风设计以及预防水汽凝结等多个方面的研究. 本文着重介绍国内外近年来相关的工作,研究如何从理论分析、实验研究以及数值模拟等方面入手, 解决通风问题,以达到获得高通风效率、低能耗和提高空气舒适度的目的.研究的对象包括房间, 建筑物, 城市等半封闭空间, 以及汽车、 地铁、飞机、潜艇、载人航天飞行器等不同程度的全封闭空间.现有的理论研究已经从解释单点源纯浮力对流的基础模型发展到能够描述具有体积流量和动量流量的扩散流的湍流喷泉模型.然而, 理论研究上的进步还不足以使它能够处理实际问题中多样的通风情况和复杂的空间结构,工程应用中还需更多依靠实验研究和数值模拟的结论. 对载人航天飞行器中的环境流体问题的研究虽然刚刚起步,但其研究手段和经验可以从相对成熟的半封闭与全封闭空间的相关研究中获得借鉴.      

空化器参数对超空泡形成和发展的影响

为了探索超空泡的生成机理和形态变化规律,依据其产生方式,进行了自然超空泡高速射弹试验和通气超空泡水洞试验研究. 分析了超空泡的生成过程和空化器参数对形成超空泡的临界空化数和通气系数门限值的影响. 研究了超空泡形态尺寸变化的特性,空化器直径和线型对自然和通气超空泡的形态尺寸有相类似的影响规律：超空泡尺寸随着空化器直径的增加而增加;在相同条件下,钝头空化器要比圆锥形空化器更容易形成超空泡;相对较小的直径空化器很难形成透明的通气超空泡,其主要原因是自然空化数没有降到足够低.此外,研究表明空化器直径对通气超空泡的细长比的影响较大,这与对自然超空泡形态的影响不相同. 最后,对空化器的未来研究发展进行了展望.     

三维爆炸与冲击问题的可视化研究

结合爆炸与冲击物理现象的特点,对三维爆炸场的可视化进行了研究,在三维多流体网格法基础上自行研制了三维爆炸场的可视化工具软件ViSC3D。利用ViSC3D,对两种复杂边界的爆炸场进行了可视化,详细地展现了爆炸场的概貌和局部细节,表明该软件效果较好。     

柴油舱组集中透气管燃爆危险性及阻隔防爆技术

对常温常压下柴油舱组集中透气管中柴油蒸汽的燃爆危险性以及阻隔防爆技术的抑爆效能开展了实验研究。利用nac HX-3高速相机和CY-YD-205压力传感器记录燃爆传播过程和爆炸超压,阻隔防爆装置分别采用新型抑爆小球和普通波纹型阻火器。结果表明:常温常压下,一旦柴油油舱发生爆炸,爆炸火球可以通过透气管传播到相邻油舱,并引起二次爆炸,具有较大的危险性;普通波纹型阻火器在爆炸过程中阻火失效,而新型抑爆小球具有较好的抑爆效果;相对于光滑透气管工况,在点火舱上方安装抑爆小球后,被点火舱内的最大爆炸超压可以显著地从552.5 kPa降低到35.0 kPa;抑爆小球的中空多孔结构是其阻隔防爆的关键,多孔结构不仅可以增大比表面积、扩大热损失,而且还可以有效地分割削弱反应面。     

城市地下排水管道中燃气爆炸及气-液两相耦合作用规律

为研究城市地下排水管道中燃气爆炸传播特性和气-液两相耦合作用规律,基于气-液两相流理论和计算流体力学方法,对不同水深率下的天然气/空气混合物的爆炸-加速-衰减过程进行了数值模拟。研究结果表明：当水深率小于0.7时,随着水深率的增加,气相空间的长径比增大,燃料燃烧加剧,火焰的加速现象逐渐显著,导致峰值超压逐渐增大,超压峰值显现时间逐渐缩短,且峰值超压沿轴向的提升效果更加显著;当水深率达到0.7时,火焰在管道内的传播明显受阻,水震荡产生的波动及细水柱迅速占据了有限的气相空间,阻断了火焰的自维持传播,使得爆炸超压仅在点火源附近显现。不同水深率条件下,管道中相同区域内,同一时刻水面被扬起的高度和气相区域的速度场不同,被卷扬起的低温液体对其相邻区域的高温火焰形成降温和阻断,之后由于气体的宏观流动,与液面相邻的低温气体流动至管道内高温区域,进而造成管道内火焰温度降低,同时,水的震荡和细水柱的飞扬大大降低了爆炸超压风险。     

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果.首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置.而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过...     

离心机水下爆炸缩比实验原理及数值研究

对离心机水下爆炸缩比实验方法进行探究,对离心机水下爆炸缩比实验的相似理论进行了推导,通过数值计算分析,探究了原模型、离心机缩比实验及常规缩比实验的冲击波载荷、气泡载荷以及气泡动力学行为。结果表明:常规缩比实验不能对气泡行为及垂直方向的近场载荷进行准确的预报,若要保证远场气泡脉冲峰值误差小于10%,则爆距需大于9.5倍气泡最大半径。而离心机缩比实验能够对原模型进行准确的预报,以小当量装药模拟大当量装药水下爆炸整个物理过程,且冲击波和气泡两个阶段完全相似。同时,水深也可以进行几何缩比,克服了常规缩比方法的缺陷。     

桁架式钢筋混凝土叠合板式墙抗爆性能实验

为研究桁架式叠合板式墙的抗爆性能,进行了2块桁架式叠合板式墙和2块现浇板式墙在多次冲击荷载作用下的对比实验,分析了各试件的破坏过程、变形(刚度)、承载力、强度及裂缝分布形态。结果表明：桁架式叠合板式墙与现浇板式墙相比,爆炸破坏过程相似;爆炸荷载小时,试件处于弹性状态,两者刚度基本一致;开裂后,现浇板式墙比叠合板式墙刚度降低明显快,桁架钢筋能有效抑制裂缝扩展,且试件并未出现剪切破坏。说明桁架式叠合板式墙的整体性能较好,叠合板式墙的抗爆性能优于现浇板式墙。