改进SPH方法在陶瓷材料层裂数值模拟中的应用

为了探讨铝飞片撞击陶瓷材料时的层裂现象,采用改进SPH方法模拟应力波在陶瓷材料中的传播。结果表明,当离散粒子分布不均匀时,数值模拟计算的自由面速度时程曲线与实测曲线吻合良好。对比CSPM方法,改进SPH方法的精度更高。提出适用于数值模拟的陶瓷材料损伤演化方程,对脉冲载荷下陶瓷/钢层合板层裂的破坏过程进行数值模拟,结果表明,由于陶瓷的波阻抗高于钢的,且抗压强度远高于抗拉强度,因此拉应力引起的层裂破坏是主要的。即使在材料内部传播的只是弹性压缩波,当弹性波到达材料界面时,由界面反射引起的卸载波也能导致陶瓷发生层裂破坏。     

水平油水两相流流型对阻抗式含水率计的影响研究

实验研究了水平条件下20mm管径油水两相流的流动特性对阻抗式含水率计测量的影响.首先利用阻抗式含水率计测量不同含水率和流量条件下的混合物电阻率,并使用高速摄像记录对应的流型特征,进而分析流型对测量值的影响.通过对低、高流量分别采用电学和流体动力学模型分析后发现:低流量下混合物电阻率的主要影响因素是油水两相之间的速度滑脱,采用双流体动力学模型能有效地反映其变化规律.而高流量下(水包油分散流时)速度滑脱很小可以忽略,油水两相的空间结构对混合物电阻率的影响是问题的关键.近似绝缘的油滴分散在导电的水中形成的含孔导体电阻率高于实心导体,适用的电学模型是Maxwell电阻率模型.     

柔性双尾鳍效率的测量和优化

建立了仿生拍动推进推力和效率的测量平台,通过电机的转动扭矩、转动角速度及推进力计算得到仿生推进系统的推进效率.对本课题组研制的组合仿生无人水下航行器中柔性双尾鳍模型进行了测量与分析,结果表明柔性尾鳍推进时小摆幅摆动运动效率要高于大摆幅运动;双尾鳍推进方式在小摆幅模式下无论在推进力还是在效率方面都要优于单尾鳍.最后根据模型实验数据,优化了双尾鳍推进的运动参数,并用于优化UUV性能.     

滚动轮胎表面红外成像测温的偏差及其修正

使用红外热像仪从三个方向测量了滚动轮胎的表面温度,结果表明从不同方向对同一表面的测温结果不相同。根据几何光学和热辐射原理,造成这一偏差有两个原因:一是轮胎表面点的像面照度按其辐射入射角α的余弦四次方定律变化;二是轮胎表面点的发射率与β(该点入射方向与其法向之间的夹角)有关。本文首先采用余弦四次方定律对三个方向下的轮胎表面红外测试结果进行了与α相关的修正,然后依据轮胎表面任意点温度的同一性(即与测量方向无关)进行了与β相关的进一步修正,并给出了一个轮胎表面发射率与β的经验关系。具体表现为发射率在法向上最大,当β在60°以内时其变化相对平缓,超过60°则急剧下降,最终得到了一个表征轮胎表面点红外像面照度下降的双角度(α和β)修正函数以及相应的温度修正公式。 修正后不同方向下的温度分布趋于一致,其平均结果即可视为轮胎表面真实的温度分布。     

Statistical scale of hairpin packets in the later stage of bypass transition induced by cylinder wake

The hairpin packet's structure and its statistical scale in the later stage of bypass transition induced by a cylinder wake are investigated by time-resolved particle image velocimetry from the side and top view, respectively. Linear stochastic estimation is used to achieve the conditionally averaged velocity fields. For the side view case, the conditionally averaged structure consists of a series of swirling motions located along a line inclining at a large angle (18°) from the wall and a low-speed region occupied by the cylinder wake appearing right above them. In the (x, z)-plane at the wall-normal height y/???=?0.2, the dominant structures are shown to be the large-scale regions of low momentum elongated almost over 3?? along the streamwise. The low-speed regions are consistently bordered by small-scale counter-rotating vortice pairs organized in the streamwise with a statistical spanwise width of 0.55??. The results suggest that in the later part of the transitional zone, the upward induction of the cylinder wake enhances both the wall-normal and spanwise extent of the hairpin packets.     

用拉格朗日相关结构研究圆盘启动过程的流体输运

利用粒子成像测速(PIV)技术,得到了圆盘启动涡环流场的速度分布和涡量分布.圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场(Finit-time Lyapunov exponents,FTLE)以及拉格朗日相关结构(Lagrangian coherent structures,LCS)被计算出来.基于圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场以及拉格朗日相关结构,通过跟踪流体质点,对圆盘启动涡环流场的输运情况进行了分析.在圆盘启动涡环形成过程中,流体发现被圆盘和相互排斥的拉格朗日相关结构分成三部分.剪切流窗口(vorticity-flux window)被发现,涡量流通过剪切流窗口进入涡核.涡环的非定常边界被确定,它由相互排斥的拉格朗日相关结构背风面、圆盘以及剪切流窗口组成.     

窗口声阻抗对锆相变动力学的影响

基于磁驱动加载装置CQ-4开展了锆的斜波压缩相变实验,研究了锆样品后表面窗口声阻抗对相变波形的影响.实验结果显示,锆后表面为较低声阻抗窗口(自由面和LiF窗口)时,相变起始对应的特征粒子速度约331.0 m/s,而高阻抗蓝宝石窗口时,特征粒子速度约301.9 m/s,特征速度对应的压力从约9.14 GPa下降到8.27 GPa.相变对应的速度特征拐点是与多种因素相关的实验信息,因此它对应的压力并不是材料属性参数相变压力.结合基于热力学Helmholtz自由能的多相状态方程和非平衡相变动力学方程开展了锆的相变动力学数值模拟研究,相变弛豫时间为30 ns,计算结果与三种情况的实验结果符合良好,可以较好地模拟斜波压缩下锆的弹塑性转变、相变等物理过程.在压力-比容和温度-压力热力学平面,相变前锆的准等熵线与冲击绝热线差异很小,相变后准等熵线都位于冲击绝热线下方,随着压力的增加准等熵线和冲击绝线偏差越来越大,温度-压力平面中在20 GPa时相差约100 K.相变开始后,由于相变引起比容的间断,导致锆的拉氏声速迅速下降约7%,相变完成后拉氏声速恢复到体波声速.     

涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响

采用三维CFD黏性模拟考察涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响.针对前缘钝化半径0.8 mm和3.2 mm的轴对称进气道外部流场,以涡发生器高度与当地位移边界层厚度比值为影响参数,考察流场结构与性能参数的影响规律.结果表明,涡发生器产生的干扰波系使得前缘激波向外偏移,下游近壁面流动与主流区出现明显的交换,下游流动出现明显的展向非均匀性.涡发生器对流动的影响沿流向逐渐减弱.在气流压缩性能方面,涡发生器下游压比、动压比沿流向开始增大,随后逐渐恢复到无涡发生器工况;Mach数、总压恢复系数开始降低,随后逐渐向无涡发生器工况趋近.涡发生器高度与当地位移边界层厚度的比值h可作为衡量其影响的重要参数.当h≤1.5时,进气道流场结构、性能参数的变化几乎可忽略,h≤3.0时进气道入口处性能参数几乎能够恢复到无涡发生器工况.      

一种爆炸二极管机理研究及熄爆通道尺寸对其性能的影响

依据爆炸逻辑元件的工作原理设计了一种爆炸二极管。实验研究了元件内部结构,确定了关键参数为熄爆通道的长度、隔爆序列。隔爆序列内采用激发装置、一次PETN装药、两次PETN装药不同密度分层装药序列。在A、B端连接导爆索,改变熄爆通道尺寸, 确定分层装药参数,进行传爆可靠性、隔爆安全性实验。结果表明:爆轰信号由A端正向输入时,可以顺利通过10~35 mm的熄爆通道并且可靠引爆B端导爆索,满足可靠性功能;爆轰信号由B端反向输入,在熄爆通道长度为15~35 mm时,爆轰信号在通过隔爆序列、熄爆通道时被可靠阻断无法引爆A端导爆索,满足隔爆安全性功能。最终元件选取长度为15~35 mm的熄爆通道, 确定不同密度分层装药参数作为设计标准。应用于爆破网络设计中,使爆轰波信号在网络中单向传播,增加了网络的安全性。     

黏塑性本构计算的稳定性分析

提出本构方程计算方法的稳定性问题,针对黏塑性本构计算的显式精确算法的稳定性进行分析,发现该算法并非无条件稳定,使用小扰动方法给出了其计算稳定的必要条件,稳定性条件对数值计算中的时间步长提出限制要求。通过有限元算例验证了分析的正确性,计算结果也表明理论推导得到的稳定性公式能够准确预测满足计算稳定性条件要求的最大时间步长与各参数之间关系。