爆炸载荷下陶瓷颗粒增强聚氨酯复合材料动态响应数值分析

陶瓷球作为增强相加入到聚氨酯基体中,能够提高复合材料的抗冲击性能。为研究毫米级陶瓷球对聚氨酯复合材料抗冲击性能的影响,基于LS-DYNA的ALE算法对直径为4.5 mm的Al₂O₃陶瓷球增强聚氨酯基复合材料进行小当量爆炸载荷下的动态响应数值模拟,并探究爆炸当量和陶瓷球尺寸对复合材料性能的影响。结果表明,随着爆炸当量的提高,复合材料挠度/速度增长较为稳定且聚氨酯的吸能效率不断提升;在相同面密度下,陶瓷球尺寸越小,复合材料板受冲击载荷的变化敏感度越低,总体的加速度波动范围也变大。     

水下近距/接触爆炸加载下圆柱壳结构动态响应行为试验研究

为加深水下近距/接触爆炸加载下圆柱壳结构动态响应行为认识,设计典型圆柱壳结构模型,开展了水下近距/接触爆炸加载下圆柱壳结构动态响应光电联合测试,获得了冲击波、气泡与圆柱壳结构相互作用高速光学物理图像、动态应变、超压载荷、毁伤模式等试验数据。通过高速光学物理图像和三维激光扫描毁伤形态的分析,给出了冲击波、气泡与圆柱壳结构相互作用物理过程及最终毁伤模式;通过动态应变的分析,给出了圆柱壳结构迎爆面和背爆面在加载过程中应变拉伸压缩转变和响应阶段的划分;通过超压载荷的分析,明确了装药爆轰完全性以及接触爆炸加载下结构吸能对超压的影响。研究表明：爆距的变化会显著影响圆柱壳结构的毁伤形态,近距加载下圆柱壳结构主要呈现塑性大变形,接触加载下圆柱壳结构主要呈现撕裂破坏;近距加载下圆柱壳结构迎爆面空化区的形成及溃灭形成的二次加载毁伤效应不容忽视,值得深入研究;研究成果可为水下近距/接触爆炸加载下圆柱壳结构毁伤评估提供参考和依据。     

火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验

为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion,BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律,研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置,开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验,分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征,讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响,总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型,对比试验数据与简化模型预测结果,给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限;BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小,随储存介质质量的增大而增大;在BLEVE超压荷载简化计算模型中,使用Brode模型计算爆炸能量最为保守,Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果,Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果,但其结果略低于实验结果;规范建议的超压荷载计算方法中,Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。     

无穷远处Ⅲ型均布荷载与集中荷载作用下应变加强层连接唇形裂纹的解析解

通过对保角映射及解析延拓的应用,获得了无穷远处Ⅲ型均布荷载和集中荷载作用下,连接在唇形裂纹面上的内埋应变加强层的级数形式应力解析解．分析了材料匹配、界面连接及几何特征对界面应力的影响,研究发现对于不同的荷载形式,合理的材料匹配、连接及几何特征能够有效地减少应力集中和界面应力．     

Riemann problems for three-dimensional combustion models

We investigate Chapman-Jouguet models in three-dimensional space by means of generalized char- acteristic analysis. The interaction of detonation, shock waves and contact discontinuity is discussed intensively in this paper. If contact discontinuity appears, the structure of global solutions becomes complex. We deal with this problem when strength of detonation is small.     

基于分形维数的液体爆炸分散中界面破碎形态研究

通过对爆炸抛撒图象的处理,得到液体界面的曲线.采用盒维数的计算方式,计算界面曲线的分形维数.通过对各时刻液体界面分形维数的变化研究,分析爆炸抛撒近场阶段的变化过程,同时观察到蘑菇状尖顶的出现与破碎,以及空化区域的形成和消失现象。     

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对这些挑战性问题,基于能量变分建立描述金属动态失效过程的热弹塑性相场理论和计算模型,实现了断裂与剪切带失效模式的统一描述,并提出了其显式有限元高效求解策略.进一步将该模型应用于爆炸冲击载荷下金属脆韧失效模式转变、绝热剪切带(ASBs)自组织及冲击波作用下薄壁圆盘失效形式转变三个典型金属动态失效问题,验证了理论模型的准确性及计算模型的稳健性.该工作为后续开展基于仿真的爆炸冲击毁伤评估及防护结构设计研究奠定了基础.     

基于增秩Kalman滤波的动态荷载识别和结构响应重构

针对传统的荷载识别方法受不适定性问题影响导致识别误差较大,且受传感器数上的限制也无法监测所有结构易损伤位置处振动响应的问题,提出了一种基于增秩Kalman滤波（augmented Kalman filter, AKF）算法的动态荷载识别和结构响应重构方法.基于结构状态空间方程,形成由荷载向量和状态向量组成的增秩状态向量（augmented-rank state vector,ASV）,利用Kalman滤波算法获得增秩状态向量的最小方差无偏（minimum variance unbiased, MVU）估计,实现了状态和荷载向量的同时识别.结合最优状态估计和观测矩阵,实现了未布置传感器处的结构动力响应重构.通过三个有限元案例,初步验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,当荷载位置固定或移动时,所提方法均能有效地识别荷载和重构响应,精度较高且对测量噪声不敏感.传感器的种类、数量和布置位置对荷载识别和响应重构精度会有一定影响.     

一维氢原子团簇模型下的兆电子伏离子与库仑爆炸： 简化的数值模拟

本文使用一维双列氢原子团簇模型对强激光场中的团簇动力学过程进行了数值模拟。计算所得的质子最大动能和能谱均与他人的计算或实验结果符合较好,但计算大为简化。表明本文所述模型适用于氢原子团簇模拟。本文亦根据逸出质子数量随入射激光强度变化的规律总结出一个描述团簇库仑爆炸的光强阈值公式。     

一类离散的非线性爆炸方程平衡点的稳定性

本所研究的非线性爆炸方程实质上是由可数无穷多个彼此相互关联的非线性常微分方程所组成的自治系统，它刻划了在只有基本粒子与i-粒子(i≥1)进行碰撞反应的系统里，粒子增长过程中密度随时间变化规律。本证明了如果系数满足一定的假设，那么在爆炸占优的条件下，这一系列的平衡点在Lyapunov意义下是稳定的．