后效期火药燃气加速弹丸的数值研究

 弹丸出膛后受高压火药燃气作用将继续加速并达到最大速度,后效期内弹丸增速大小及增速规律对于武器系统的设计和射击精度等具有重要的影响。采用基于动网格的有限体积方法,对不同装药量、弹丸质量和口径等9种条件下的发射过程进行了数值模拟,讨论了弹丸出膛后的受力状况和运动过程,对最大速度出现的时间、位置和增速量及其变化特点、影响因素等进行了详细的分析。计算结果显示,后效期弹丸增速率最大可超过3%,且加速过程受弹丸质量和装药量的影响很小。     

准球形爆炸成型弹丸的形成、飞行及侵彻过程的数值模拟

 应用AUTODYN-2D软件,对准球形爆炸成型弹丸的形成、飞行及侵彻过程进行数值模拟。分析了爆炸成型弹丸的形成过程,药型罩曲率半径对其成型影响;应用拉格朗日/欧拉混合方法对飞行过程进行模拟计算,利用对速度-位移曲线拟合的方法求出衰减系数;并对弹丸侵彻靶板过程作了简要分析。     

液化石油气蒸汽爆炸的模拟实验研究

液化石油气蒸汽爆炸是对其安全储运构成很大威胁的一种观象。本文设计了一个实验装置用以检测液化石油气容器在突然出现裂口后压力急剧变化的过程。该装置可模拟液化石油气容器发生蒸汽爆炸的现象。实验结果表明,液化石油气的突然泄放过程中确实可能出现压力的急剧反弹,有时甚至超过初始压力,很可能导致剧烈的蒸汽爆炸。     

弹丸爆炸驱动过程中层裂控制的研究

在弹丸爆炸驱动过程中,对厚度大于一定尺寸的弹丸,为降低弹丸内部负压以避免其层裂,通常对弹丸前端进行封装。研究发现,在爆炸产生的加载脉冲下,封装后的弹丸可能产生两次负压。一次负压的产生仅与选择的封装材料有关,二次负压的产生同时还与封装材料的厚度有关。通过理论推导得到了在给定弹丸材料和封装材料的情况下,为使弹丸不产生一次负压,加载冲击波和卸载稀疏波波后压力应满足的临界条件;同时导出了一次负压为零时,在弹丸不产生二次负压的条件下,封装材料厚度的临界值。采用AUTODYN有限元软件,对钢、铝弹丸封装材料不同的情况进行数值模拟,验证理论解的正确性;另外还对比研究了三角形冲击波加载的情况。研究结果可为弹丸爆炸驱动过程中封装材料的设计提供参考。     

PMMA低温表面液滴凝结过程的实验研究

为了解不同温度下有机玻璃(PMMA)表面蒸汽凝结相变、液滴生长以及传热的过程,对有机玻璃表面的液滴冷凝过程进行了可视化实验观测,将液滴的凝结形态、面积率、接触角及尺寸变化等参数进行了分析并绘制出变化曲线,发现蒸汽在有机玻璃表面凝结时可形成颗粒分明的珠状液滴,凝结时间越长液滴直径越大;底板温度越低,面积率越大,接触角越大。控制以上变量可以有效改善蒸汽凝结效果,有利于提高热量传递效率,为液滴相变(汽-液)特性和换热表面结霜除霜技术提供理论支持。     

含有大位移动边界的复杂流场的数值模拟

含有运动弹丸的膛口流场是典型的大位移动边界问题,同时弹丸在出膛过程中,流场的结构也会发生变化,增加了流场的复杂程度.在对该流场的数值模拟中,将它分为两个区:弹丸运动区和普通流场区,它们之间用一个特殊的分区边界联系,同时运用网格局部重构技术处理弹丸运动造成的网格变形问题,并将对称轴定义为网格变形边界,使得弹丸在对称轴上运动过程中不会导致对称轴上的网格体积为负.从计算结果可以看出整个膛口波系结构变化过程和弹丸先加速后减速的过程,从而表明该动网格处理方法是成功的.     

蒸汽喷射制冷系统中喷射器内特殊流动现象的研究

本文通过求解二维N-S方程来模拟蒸汽喷射器内复杂的流动混合过程,模拟时使用了蒸汽的真实物性公式。与理想气体假设不同,真实物性的带入,真实地反映了蒸汽经缩放喷嘴时,温度递减,喷嘴出口后温度场波动变化的特征．模拟时,通过对节点焓值的计算,得出了喷射器内发生相变的蒸汽的百分含量,实现了相变现象的定量分析。在激波捕捉方面,验证了喷射器内喷嘴出口后,膨胀波(压缩波)经混合层反复折射、转化、衰减的过程,以及在扩压室入口会产生斜激波的理论预测。     

双硬度靶对球形弹丸的防护性能

以钢/铝双硬度爆炸焊接复合靶为研究对象,采用系列弹道实验和数值模拟方法,研究了其在球形弹丸垂直侵彻作用下的抗侵彻性能。侵彻实验利用直径为14.5mm的滑膛枪发射直径为6mm的钢质球形弹丸;采用LS-DYNA3D非线性有限元程序和有限元-光滑粒子流体动力学(FE-SPH)耦合法,进行数值模拟。基于实验和数值模拟结果,分析了不同靶板的毁伤机理和破坏模式,以及靶板厚度、强度等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形弹丸的垂直侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;对于双层靶而言,钢面板与铝背板的厚度比约为2/3时,复合靶的抗侵彻性能最差;数值计算结果与实验结果吻合良好,表明FE-SPH耦合算法可较好地预测双层复合靶板的抗侵彻性能。     

CPL毛细芯冷凝器的数值模拟研究

本文分析了蒸汽在具有毛细芯结构的冷凝器中的相变冷凝传热与流动特征,采用流体体积函数(VOF:Volume of Fluid)方法建立了数学模型,继而用数值模拟方法,研究了不同的壁面温度以及不同的蒸汽入口速度对冷凝相变界面的影响,文中还对产生影响的原因进行了分析.     

非定常膨胀过程中水蒸汽凝结对流场影响的数值分析

采用数值目的对激波管非定常膨胀过程中,汽液相变与流场的相互作用进行了模拟.主要研究了含有水蒸汽的混合气体在激波管中的非平衡凝结过程以及其对流场的作用.结果表明由于水蒸气的凝结释放热量对流场局部进行加热,使流场参数发生扰动而产生凝结激波.经过与凝结激波的相互作用后,流场参数和结构将发生明显的变化.     

弹丸对混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测

由于弹丸对混凝土靶体侵彻机理的未知性及混凝土力学性能的复杂性,因此可将弹丸侵彻混凝土过程看作是一个灰色过程。介绍了弹丸侵彻混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测模型GM(1,n)的建立方法和过程,通过GM(1,n)模型可以实现对弹丸侵彻混凝土介质侵彻深度的模拟与预测。通过算例计算表明,此模型对模拟和预测弹丸侵彻混凝土的侵彻深度可行,且计算量较小。     

爆炸气泡与自由水面相互作用动力学研究

为探究爆炸水幕形态与水下流场变化之间的联系,设计了小当量RDX装药水箱内爆炸实验系统.采用两台高速录像机同步拍摄了气泡和水幕形态的演变过程,获得了三种典型气泡形态和六种典型水幕形态.通过观察气泡-水面-空气之间的流场变化和理论分析,揭示了六种形态水幕的演变规律及其形成机理,并与电火花形成气泡实验结果进行了对比分析.通过对不同比例深度条件下的气泡横向半径、纵向半径、膨胀时间、脉动周期、气泡边界运动过程等的统计分析,揭示了近水面水下爆炸形成气泡的动力学过程.     

高速阴影纹影摄影在炸药撞击感度试验中的应用

随着现代兵器的发展,对炸药部件在生产及使用过程中安全性提出了更高的要求,为此我们建立了模拟炸药撞击的Susan感度试验。 本文简要叙述了试验的基本方法。它是将一个成型的炸药柱装填于轻型外壳的弹丸内,通过发射装置(炮)将弹丸发射出炮口,并在弹丸飞行的正前方垂直竖立一装甲钢板。弹丸着靶后,顶端外壳即发生破裂。弹丸装药对受到挤压及摩擦等因素的综合作     

高温高压模拟实验技术

一、引 言 高温高压实验研究是近代发展起来的一门新科学.目前采用的手段和解决的课题愈来愈多.从所研究的内容看,有高压物理,如高压下物质的行为和性质的变化;有高压化学和高温化学,如在高温高压条件下,物质的相变和体系的相平衡,新矿物和贵重工业矿物的合成;在高压下,X射线衍射研究;地质领域中利用高温高压模拟实验,研究矿物、岩石形成的物理化学条件,以及地壳深部过程和岩浆演化等.最近几年来,国外有利用爆炸丝产生高温和高能密度对爆炸的化学环境进行模拟,利用爆炸丝对水下爆炸现象进行模拟等. 我们进行的高温高压模拟实验是为研究地下…     

空间电荷效应对阴极微凸起热不稳定性的影响

 由于金属微凸起爆炸电子发射的预发射电流密度一般都超过108 A/cm2,因此必须考虑其空间电荷效应的影响。基于金属微凸起爆炸电子发射起始过程模型,通过理论分析和数值模拟,给出了考虑预发射电流空间电荷效应的微凸起爆炸发射延迟时间随二极管平均电场的变化关系。与不考虑预发射电流空间电荷效应的结果进行对比表明,预发射电流的空间电荷效应可以显著增加金属微凸起的爆炸发射延迟时间。     

弹丸形状对超高速撞击厚合金铝靶成坑影响的数值模拟

采用AUTODYN软件进行了弹丸形状对超高速正撞击厚合金铝靶成坑过程影响的数值模拟。给出了二维及三维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击厚合金铝靶所产生弹坑的损伤特性尺寸和成坑形状的影响,并与球形弹丸撞击所产生的坑进行了比较。结果表明：弹丸的长径比越大,弹丸的撞击成坑深度越大;非球弹丸的形状和撞击方向不同,成坑的形状和损伤的特征尺寸是不同的。     

一种测量弹丸膛内攻角变化的激光高速摄影系统

弹丸在膛内的攻角变化及其影响因素是发射动力学研究的重要内容,而测量弹丸膛内攻角变化则是实现此项研究的前提,并见过不少这方面的报导。本文介绍一种采用激光源及高速摄影机的测量系统。此系统的特点是:(1)能同时测量弹丸的攻角,转速及炮管的振动等参量随时间的变化规律。(2)可以实现白天拍照。(3)光路系统不用抛物面镜,使成本大大降低。调整并配置摄影光学系统,从而充分利用底片来记录所需的信息。经过射击实验,已获得了弹丸的膛内攻角曲线,证明该系统是可行的。     

钢筋混凝土靶板在弹丸冲击及爆炸载荷下响应的数值模拟

 采用HJC混凝土损伤本构模型及LS-DYNA的流固耦合算法,分别对钢筋混凝土靶板在弹丸冲击和爆炸载荷作用下的响应进行了有限元数值模拟,其中模拟参数由实验数据拟合重新获取。将模拟结果与实验结果和经验公式进行对比分析,结果表明：数值模拟再现了弹体贯穿靶板过程中的开坑、隧道及漏斗碎裂区,计算得到的弹体弹道极限及残余速度与实验数据吻合较好;此外,数值模拟也很好地再现了炸药爆炸后冲击波的传播过程以及爆炸载荷作用下混凝土的破坏情况,模拟结果与实验现象具有良好的一致性。     

热分层对蒸汽爆炸过程影响的实验研究

本文针对液化石油气受热侵袭时出现的热分层及其对蒸汽爆炸的影响进行了模拟实验研究。在不同充装度(85％和45％)下的热响应实验证明,当储罐受到外部热源的侵袭时,在气液相区均存在着热分层。通过两种不同的加热形式,分别得到了分层度ξ>1和ξ=1的液化石油气。在此基础上进行了模拟蒸汽爆炸的泄压实验。通过实验数据的比较发现,由于分层区的存在,减小了液化石油气能量和压力泄放过程中的压力反弹,减小了蒸汽爆炸发生的可能。     

ADS无窗靶件自由界面流动非稳态特性研究

加速器驱动次临界系统(ADS)无窗靶件设计的重点之一,是研究冷却剂自由界面形成和控制机理。本文使用水作为模拟工质,对无窗靶件模型的自由界面非稳态特征进行了实验研究并进行了数值模拟。采用激光诱导荧光方法对自由界面流场进行了可视化研究,得到了高雷诺数下的自由界面和可视化流场信息。可在高雷诺工况流场中可观察到大尺度非稳态涡结构,随着自由界面的波动,涡结构表现出几种典型的瞬态特征。采用大涡模型(LES)湍流模型结合自由界面追踪方法(VOF)对无窗靶件实验工况进行了数值模拟,计算能较好地模拟实验中所得的流场现象和界面特征。