筒状弹体垂直侵彻钢筋混凝土墙的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA软件,对钢筋混凝土墙在受到筒状弹体侵彻撞击、钢筋约束力,及壁面摩擦力等综合作用下的力学效应进行了数值模拟,展现了弹体冲击作用下,钢筋混凝土靶体破碎、飞溅成坑、墙体整体滑移和背面层裂等现象,计算结果与试验宏观破坏现象吻合良好,说明材料模型和参数正确,模拟方法可行.     

弹体贯穿钢筋混凝土数值模拟

详细描述了依据损伤原理建立的连续损伤模型,并对该模型进行了改进。在LS DYNA程序用户自定义材料模型中加入改进的连续损伤模型,并对弹体侵彻钢筋混凝土的穿孔过程进行了数值模拟,其结果与实验结果相吻合,模型可以用于钢筋混凝土的动态破坏预报。     

弹体攻角侵彻混凝土数值模拟

利用LS-DYNA程序的用户自定义模型功能,在LS-DYNA程序中嵌入了用于描述混凝土及钢筋混凝土侵彻贯穿的动态损伤模型。模型拉伸部分用Taylor-Chen-Kuszmaul(TCK)模型描述,体现了应变率对拉伸作用的敏感性;压缩部分则采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC) 强度模型。模型中考虑了拉伸损伤、压缩损伤、应变软化、静水压力效应以及应变率效应。利用该方法对弹体攻角非正侵彻混凝土靶过程中的弹体变形、混凝土靶的损伤破坏、弹体的速度变化规律及弹体的变形进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较,结果表明,采用该模型可以较好地模拟弹体非正侵彻混凝土过程。     

弹体斜侵彻混凝土靶的实验研究及其数值模拟

以弹体斜侵彻混凝土的弹道特性为研究内容,通过侵彻实验与数值模拟得到了不同速度下的侵彻深度、开坑尺寸、偏转角等参数,实验结果与模拟结果吻合较好。研究结果表明:倾角对开坑深度和开坑形状影响很大;倾角越大,对侵彻深度和偏转角的影响越明显,弹体偏转角随着速度的增大呈现减小的趋势;当倾角增至一定角度后发生跳弹现象,据此得到跳弹极限角与倾角、侵彻速度的关系。     

混凝土细观组成对弹体正侵彻过程影响的数值模拟研究

从细观组成出发,根据已有文献中的随机骨料模型,将混凝土看作是骨料、砂浆与二者之间的界面过渡区构成的三相复合材料,利用程序语言C++6.0实现了三维随机骨料模型建模。采用动力学分析软件LS-DYNA对S.J.Hanchak部分混凝土靶板穿透试验(未考虑钢筋影响)进行了数值模拟,并对比连续均匀模型分析了混凝土细观组成对弹体的剩余弹速、靶板的破坏现象及损伤分布的影响,结果表明:仅考虑弹体侵彻混凝土靶板问题中的剩余速度参数,随机骨料模型与连续均匀模型所得结果基本一致;为提高计算效率,采用连续均匀模型进行分析即可。另一方面对不同骨料粒径(10mm~20mm、20mm~30mm、30mm~40mm、40mm~50mm、50mm~60mm、60mm~70mm)、速度范围为360m/s~1058m/s下弹体正侵彻混凝土靶板进行了数值计算,研究了骨料粒径及速度对弹体偏转角、峰值加速度的影响,并将数值计算结果与连续均匀模型进行了对比。结果表明:在本次计算中,骨料粒径对弹体的偏转有较大影响,弹体剩余速度随着平均骨料粒径、弹体直径比的增大而减小;峰值加速度随着平均骨料粒径、弹体直径比的增大而增大。     

弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究

开展了直径156 mm的大尺寸弹体正侵彻钢筋混凝土靶试验,通过预埋压力传感器获得了侵彻过程中不同位置处混凝土的压力值;结合数值模拟,分析了混凝土的损伤分区及不同位置的钢筋应力状态。结果表明:处于弹道附近的混凝土压力最大,峰值脉冲明显;随着距离的增加,峰值减小且脉宽增大,应力脉冲的形状由尖峰演变为相对平坦的波形。粉碎区内的钢筋达到其屈服强度,破裂区钢筋处于弹性状态,弹性区和未扰动区钢筋应力基本可以忽略。     

前抛体对弹体入水载荷影响数值模拟研究

弹体穿过气-液界面时因密度突变会遭受强冲击载荷,出现结构损伤或破坏。为降低弹体入水的冲击载荷,基于Rabbi降载思想,提出了一种在主弹体前附加前抛体的结构形式。运用S-ALE (structured arbitrary LagrangeEuler)算法和罚函数流固耦合方法进行空泡形态和弹体运动状态数值模拟,数值模拟结果与弹体入水实验图像吻合,验证了数值模拟算法的有效性;随后研究了前抛弹体的入水角度、主弹体与前抛体的无量纲入水时间间隔参数、前抛体尺寸、主弹体与前抛体的入水初速度对降载效果的影响。研究结果表明,前抛体垂直入水时存在前抛体和主弹体碰撞现象,不利于降载,甚至可能给主弹体带来更大的载荷;前抛体斜入水时可避免两弹体间的碰撞,具有良好的降载效果,最大降载率可达90%。在此基础上获得了降载效果最佳的无量纲入水时间间隔范围为0.8～0.9,在此范围内主弹体的降载效果随前抛体尺寸的增大和入水初速度增加而提高。     

基于重球触地实验的空区塌落振动分析及治理

根据相似理论,以重球落地实验模拟采空区坍塌进而指导采空区治理为出发点,在振动波动特性分析的基础上,分别开展了质量为4 kg和10 kg的重球从1.0、1.5和2.0 m的高度落地的峰值振动速度测试实验;首次提出了累计振动速度衰减率和相对能量比概念;以普氏拱理论为基础,分析了采空区坍塌振动速度。研究表明:振动速度与重球质量和落地高度成正相关,且前者对累计衰减率的影响大于后者;随着测点距离的增大,振动速度整体表现为衰减趋势;重球质量为4 kg和10 kg时,在水平距离重球落地点3.0 m处的累计衰减率分别为79.79%~81.61%和79.95%~83.52%。不同介质交界面的反射和折射可引起振动速度的小幅度“跃增”。重球质量对振动能量衰减影响明显;质量越大,近区能量衰减越慢。采空区冒落体582.5~5 926.5 t,引起的振动速度远大于边坡安全允许值。采用“采空区顶板崩落+边坡削坡”方案进行治理后,边坡安全系数可达到1.26,消除采空区安全隐患。     

基于分区拼接网格技术高升力装置流场数值模拟

针对高升力装置构型模型结构复杂、流场变化剧烈等特点,本文采用分区拼接网格的思想分别按照流场和结构拓扑特点对高升力装置进行了网格分区。在分区的基础上逐块生成网格,减小了增升装置网格的生成难度,提高了网格质量,减少了网格数目。首先,研究了高升力装置的分区策略及流场特点;接着以MD30P-30N多段翼型为研究算例研究了网格比例和插值方法对计算结果的影响。经过分析对比可知:外部区域与近壁区域之间的比例不宜小于1:5;内部域网格比例不宜超过1:1.8,最好保持在1:1左右;计算中应该采用高阶精度插值以保证计算精度。采用某四段翼型进行了验证;最后采用NASA标准高升力装置进行了三维高升力装置流场数值模拟并与相应风洞实验数据及对接网格计算结果进行了比较与分析,验证了拼接网格技术的高效性与可靠性。同时分析研究了绕三维增升装置的流动及其周围复杂的粘性流动现象。     

固定床化学链燃烧氧化反应的数值模拟

基于Chimera网格采用有限体积法模拟了450个颗粒随机填充固定床中的化学链燃烧的氧化反应过程,并采用三维瞬态N-S方程,结合压力Poisson方程方法,详细分析了床层入口Re=5时的颗粒内部和外部的传质传热过程．模拟结果揭示了在大颗粒的固定床中,颗粒内部有效扩散系数对颗粒内部的传质起着决定性作用,而且颗粒表面的浓度梯度决定了总反应速率;另外,有惰性芯的结构化颗粒能有效地改善颗粒内部总的反应速率,颗粒的转化速率,并且能使床层很快地达到热平衡．模拟结果能更好地帮助我们认识固定床化学链反应器中的反应和组分传递机理．     

基于建筑风场数值模拟的网格层块加密法

在建筑风场的数值模拟中,当前普遍采用的离散网格多是计算前一次性布置的固定网格,通常很难适应实际流场变量的变化要求.为提高数值模拟的精度,基于结构化同位网格系统及控制容积离散微分方程的方法,将适应性网格局部加密(AMR)的思想引入到采用压力校正迭代算法的建筑风场模拟中,提出了一种半自适应的层块网格加密方法.该方法可结合误差分析对误差较大的区域网格实行自动判别并实施逐层块状加密.算例分析表明,该方法能在较高的效益下提高数值解的精度.     

三维复杂流场内能激发松弛的DSMC数值模拟

本文研究了带内能激发松弛和不同来流条件下的复杂外形高超声速飞行器过渡区三维流场特性.采用一种对飞行器物面网格与DSMC计算域网格分别标识的方法,通过判断模拟分子与表面碰撞来完成飞行器物面网格与DSMC计算域网格间的信息传递和信息存贮,对于复杂外形飞行器精确描述的物面网格不需做进一步处理,直接应用于不依赖于飞行器外形的DSMC计算的通用子程序中.采用L-B碰撞模型,分析了内能激发松弛的流场参数特性,从分子碰撞、分子与飞行器表面碰撞的角度,分析了不同来流条件下的流场参数的变化情况.     

弹体形状对陶瓷/聚脲复合板抗侵彻性能影响的数值模拟

采用FEM-SPH耦合方法,模拟了平头、圆头和卵形三种形状的弹体正侵彻和斜侵彻陶瓷/聚脲复合板的过程,分析了弹靶的变形和损伤,研究了弹体形状和入射角对复合板抗侵彻性能的影响.结果表明:弹体均发生头部镦粗现象,平头弹的镦粗最严重,圆头弹次之,卵形弹最轻;平头弹对复合板内陶瓷层造成的损伤区域最大,圆头弹略小,卵形弹最小;复...     

柱形和球形壳体内爆界面不稳定性数值分析

为了更好地研究柱形和球形构型下果冻界面不稳定性发展,避免内爆聚心反弹前后直角坐标网格计算导致的误差,提高对流场和界面位置的计算精度,通过应用考虑了MVFT程序的网格适应性,使其能够适用于柱形网格和球形网格下的界面不稳定性数值模拟,特别是能够保证内爆聚心反弹前后流场和界面计算的稳定性。应用改进的计算程序对两种构型下的界面不稳定性进行了数值模拟,并对二者界面演化规律进行了详细讨论和归纳。结果表明:对于内外半径相同的柱形和球形果冻,聚心反弹时前者半径较小,而后者反弹时刻早于前者,其向内聚心和向外运动的速度最大值大于前者,对内部气体的压缩强度强于前者。对于外边界带有正弦扰动情况,除遵循上述规律外,计算还给出了峰谷转换现象。该项研究结果为进一步深入进行复杂构型下界面不稳定性高精度数值模拟研究提供了一种分析工具。     

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。     

细长薄壁弹体撞击钢靶屈曲的数值分析

动能深侵彻弹攻击坚硬目标时,可能会引起弹体的屈曲而导致战斗部的破坏。采用LS-DYNA3D软件,对细长薄壁弹体撞击中厚钢板的屈曲破坏进行了数值研究。数值模拟再现了各型弹体在不同撞击情形下的屈曲破坏过程,证明了实验观察得到的长、短型弹体动塑性屈曲破坏存在轴向皱褶型和轴向外翻撕裂型两种基本模式,相应的屈曲破坏存在不同的特征过载曲线。给出了相关的屈曲破坏机动场描述和比实验结果更丰富的过程分析。     

建筑风压场数值模拟中压力波动的平抑

在以同位网格为基础的简单流场压力计算中,通常采用动量插值方法来平抑流场中的压力波动现象;但是对于建筑风场等复杂的钝体绕流问题,由该平抑方法得到的收敛风压场仍可能存在小幅波动。为彻底解决同位网格格式下的压力波动,除采用动量插值方法外,本文提出了在压力校正方程的界面流速中添加压力梯度差值项的方法。算例分析表明,该方法计算得到的建筑风压场完全避免了压力波动现象,风压解与试验结果吻合良好。     

GLARE层板鸟撞数值模拟分析

运用大型非线性动力学有限元分析软件MSC.Dytran的ALE(任意拉格朗日欧拉耦合)分析功能,建立了基于耦合解法的GLARE层板受鸟撞作用的数值模拟模型.由于鸟体与结构发生高速撞击时呈现出流体特征,在计算中鸟体用流体本构模拟.为得到GLARE层板的层间应力,GLARE层板采用三维实体单元模拟.在耦合界面上,通过定义ALE界面传递流体域和固体域之间的相互作用.计算比较了五种不同铺层角度的GLARE层板,得到复合材料铺层角度为0°,30°,45°,60°,90°时,GLARE层板对鸟撞动力的响应,通过对计算结果比较,发现随着铺层角度增大,材料在X方向刚度降低,GLARE层板产生的应力减小,为GLARE层板的设计和应用提供了参考依据.     

小攻角条件下动能弹体高速侵彻混凝土靶的弹体弯曲

将高速侵彻混凝土靶板的弹体简化为自由梁,应用弹体侵彻阻力和梁动态弯曲内力分析了由小攻 角产生的横向载荷导致的弹体弯曲。结果表明,弹体理论弯曲条件受弹体着靶前状态、弹体结构和材料控制。 理论计算证实弹体高速侵彻混凝土靶板时由于小攻角的存在会发生弹体弯曲变形,弹体侵彻实验结果表明 弹体弯曲位置和弯曲条件与理论分析结果相符。