CTVD格式数值计算非均质炸药爆轰问题

将高分辨率激波捕捉格式CTVD格式拓展应用到非均质炸药爆轰的数值模拟问题.增加了化学反应率控制方程,引入Lee-Tarver点火成长模型,未反应的固体炸药和化学反应气体产物都使用JWL形式状态方程.数值模拟了非均质固体炸药PBX-9404和TATB的冲击起爆问题.获得了较高的爆轰波分辨率和光滑解区的数值精度,对具有复杂物态方程形式的固体炸药爆轰问题,CTVD格式具有简单实用、高效和高分辨的特点.     

破片对带铝壳炸药的冲击起爆数值模拟研究

 采用AUTODYN-2D数值模拟软件,应用冲击起爆Lee-Tarver模型,对钢破片撞击带铝壳Octol炸药的起爆问题进行了数值模拟,分析了冲击起爆机理及破片形状、着速、铝壳厚度等因素对炸药起爆特性的影响规律,利用“升-降”法得到了破片对Octol炸药的临界冲击起爆速度。研究结果对反导战斗部破片杀伤元素的设计具有指导意义。     

非均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell 等人及其他作者研究非均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。足够强的冲击波进入非均匀炸药后,爆轰将瞬时（指不经过感应时间）且直接（指不经过其他过程,如爆燃）被引发;非均匀炸药起爆后,其中传播的自始至终是一个不断增长的爆轰波,直至发展为正常爆轰,整个过程都是爆轰的增长（新定义）过程。不存在由反应冲击波不断增长并转变为爆轰波的所谓向爆轰的增长。所谓向爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的初期;Craig原定义的爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的后期;而所谓反应冲击波,实际上是增长中的初期爆轰波。爆轰的增长（按新定义）是所有猛炸药的特性,炸药反应不充分并逐渐趋于充分是爆轰的增长的化学机制。     

圆头钢弹对PBX-9404炸药撞击起爆的数值模拟

 在二维有限元动力分析程序DYNA2D中加入了两种反应速率模型，对圆头钢弹撞击PBX-940 4炸药的冲击起爆行为进行了数值模拟研究。     

均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell等人研究均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。Campbell等人的实验表明,足够强的冲击波进入硝基甲烷后,经过若干微秒的感应时间,爆轰发生在隔板与炸药间的界面处。这就是说,在均匀炸药中,足够强的冲击虽非瞬时但直接（指不经过其它过程,如爆燃）引发了爆轰。重新处理后的实验数据表明：硝基甲烷起爆后,爆轰波的净爆速小于正常爆速;当进入硝基甲烷的初始冲击波的有效压力p_eff由8.82 GPa升至12.14 GPa时,感应时间t_ind的实验值由3.06 μs降至0.705 μs。以两相的排平（A,m）物态方程描述爆轰产物,较为严格地重新推导了基于热起爆理论的估算感应时间t_ind的公式。在上述p_eff的变化范围内,t_ind的理论值则由248 μs降至0.99 μs,明显地高于实验值。这表明,热起爆理论不适于描述硝基甲烷的冲击起爆行为。从本质上讲,热起爆理论对均匀炸药的冲击起爆行为的描述,不符合物质运动的微观图像,因此,它不适于描述均匀炸药的上述行为。     

预制破片冲击起爆裸炸药的理论分析

为了研究球形、圆柱形和正多棱柱形预制破片冲击起爆裸炸药的规律,利用Mathcad软件,基于Held高能炸药冲击起爆u2 d判据进行了理论计算与分析,着重比较了破片的质量、密度、形状、长径比、棱数等对冲击起爆裸炸药特性的影响,并与AUTODYN的仿真结果进行了比较。结果表明:对于球形破片,直径一定时,破片密度增大,质量增加,起爆能力增强;相同材料和直径的球形破片与长径比为1的圆柱形破片相比,圆柱形破片的起爆能力优于球形破片。对于圆柱形和正棱柱形破片,密度和质量一定时,随着长径比的增加,破片的起爆能力下降;正棱柱破片的棱数增加时,起爆能力降低,当棱数趋于无穷时,效果趋近于相应的圆柱形破片。     

非均质低渗透油藏非线性流动数值模拟

提出一种适用于非均质低渗透油藏非线性流动数值模拟的方法.通过引入单元边界压力和速度两组物理量,在单个网格单元中构造数值计算格式,可精确地获取每个网格单元的压力梯度.以单相非线性渗流问题为出发点,详细阐述该方法的基本原理;通过数值算例验证方法的正确性和适用性.     

双破片同时撞击对B炸药冲击起爆的数值模拟研究

 采用Lee-Tarver点火增长模型对单钨珠撞击带壳B炸药的过程进行了计算,所得到的不同尺寸钨珠引爆炸药的阈值速度与实验结果吻合良好。数值模拟了双钨珠同时撞击带壳B炸药的过程,计算了破片引爆炸药的阈值速度,分析了炸药的点火增长过程。结果表明：双破片同时撞击炸药时,引爆阈值速度随着破片间距的增大呈抛物线规律增大;当破片间距较大且撞击速度略高于阈值速度、双破片同时撞击时,炸药内部爆轰波的初始形态随破片速度而变化。     

炸药颗粒压制成型数值模拟

 分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据。建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型。模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列。利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况。结果表明：药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段。在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致。压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高。     

考虑渗透率张量的非均质油藏有限元数值模拟方法

针对具有混合边界的非均质油藏,考虑全张量形式的渗透率,建立弹性微可压缩单相流体不稳定渗流问题的数学模型.根据变分原理,将压力微分方程的边值问题转化为泛函的极值问题,建立渗流模型的有限元方程.针对典型的均质和非均质渗流问题进行模拟计算,得到油藏内压力动态分布曲线,并分析曲线特征.研究表明,有限元法计算精度很高,适用于求解利用渗透率张量表征的非均质油藏渗流问题.为非均质油藏的开发和精细油藏数值模拟提供了理论依据.     

HMX炸药燃烧转爆轰数值模拟

以两相流模型为基础,气相产物状态方程采用基于统计物理的类CHEQ的计算结果,建立了HMX炸药的燃烧转爆轰数学模型。采用CE/SE方法模拟了颗粒度为125μm的HMX炸药的燃烧转爆轰过程,得到了爆轰参数及流场变化规律。模拟了装填密度对HMX炸药燃烧转爆轰的影响,并与实验进行了对比。数值模拟结果表明,在相同的点火条件下,爆轰成长距离在一定范围内随装填密度呈"U"形变化。     

金属圆筒内爆轰波对碰效应的欧拉数值模拟

运用基于Youngs技术的多介质欧拉方法及应用该方法研制的二维多介质弹塑性流体动力学欧拉程序meph2d对金属圆筒内爆轰波相互作用过程进行了数值模拟并获得成功，计算图像与实验照片吻合，计算结果与实验测量结果符合较好。说明采用多介质欧拉方法可以对此类爆轰波相互作用及爆轰驱动问题进行有效的数值模拟。     

炸药枪击试验和数值模拟研究

HL-10炸药是一种以RDX为基的含铝炸药,为了研究该炸药在子弹或金属破片撞击作用下的安全性,利用12.7 mm机枪法对钢壳包覆的柱形HL-10装药进行了枪击试验,试验结果表明,炸药没有发生燃烧或爆轰现象,由此可定义该炸药的枪击感度试验反应等级为1级。建立了炸药枪击试验的计算模型和数值计算方法,对子弹撞击和穿透炸药过程进行了三维数值模拟计算,计算结果与试验结果相符,分析了子弹速度对HL-10炸药枪击感度的影响,其结果可为炸药安全性评价分析提供理论根据。为了进一步验证计算模型和方法,对美国的PBX-9404炸药的枪击作用过程进行了计算分析,结果表明,PBX-9404炸药在枪击作用下发生了完全爆轰反应,与Neff等人的试验结果相吻合。     

冲击作用下非均质炸药热点形成的离散元方法

用离散元方法模拟以HMX为基的塑料粘结炸药与HMX颗粒炸药在冲击载荷作用下的细观响应过程.结果表明对于HMX颗粒炸药,炸药颗粒界面处的温度及压力远高于颗粒内部;对于HMX为基的塑料粘结炸药,粘结剂处的温度及压力亦高于颗粒内部;两种冲击响应过程的对比分析表明,粘结剂有效地降低了炸药颗粒边界处的温度及压力.     

以HNS炸药为装药的冲击片雷管

冲击片雷管主要由炸药装药、飞片加速膛、飞片、爆炸箔、反射片(基板)以及连接件等组成。冲击片雷管作为起爆器具有如下特点：高安全性和高可靠性；环境适应性好；瞬时陛和同步性好等。由于冲击片雷管所具有的安全陛和可靠性，其研究工作在国内外受到极大的重视。目前我国还没有一种符合直列式要求的雷管，所以，此项研究有助于提高我国常规战斗部的安全水平。     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

碎片云问题的三维欧拉数值模拟

针对材料超高速碰撞产生碎片云问题进行了多介质弹塑性流体力学欧拉方法数值模拟,介绍了所采用的数学模型、材料模型及相应的计算方法,模拟了铝球超高速碰撞铝板和斜铜柱高速撞击铝板形成碎片云的实验现象。进行了不同碰撞速度下模拟的碎片云形状和实验结果比较,利用经验公式对数值模拟的板靶开孔尺寸进行了分析。数值结果与实验结果、经验公式结果比较,说明多介质弹塑性流体力学欧拉方法能够较好地模拟超高速碰撞产生的碎片云问题,验证了数值方法的有效性。     

二维欧拉多介质流体力学数值模拟-TVD＋VOF方法

用TVD格式结合VOF界面处理方法编制了二维多介质高分辨欧拉程序，以解决冲击波和多介质界面处理。程序包括单介质网格高精度流体力学计算、多介质网格内界面重构、各种介质输运和压力驰豫平衡过程。其中单介质网格的计算采用Harten二阶TVD格式结合MacCormark方法计算含有源项的非齐次守恒定律方程组，通过4节点限制函数保证格式单调。多介质网格采用Youngs方法构造界面，采用x，y方向分裂格式计算体积份额输运，再根据体积份额输运计算质量、动量和能量的输运，最后利用等熵条件计算各种介质的压力驰豫平衡过程。     

炸药脆性材料切削加工数值模拟

目前，公开报道的切削工艺模拟研究中，大多数停留：在二维模拟上，而且是将工件约束，让刀具做直线进给运动，这样实际生产中工件或刀具的回转运动对切削加工过程的影响并没有体现出来。一般柱形件加工时工件做回转运动，刀具做进给运动，需采用更新的Lagrange网格来模拟三维的具有螺旋形运动轨迹的非正交切削。     

混合物冲击温度的数值模拟

 介绍温度的数值模拟方法，采用三维动力学有限元程序模拟冲击压缩状态，分析了数值模拟的准确性。模拟了铜和铝两种金属单质组成混合物的冲击压缩性能，在分析了热传导影响后，计算了混合物的冲击温度和冲击绝热线。