三级炮加载技术在超高压状态方程研究中的应用

根据阻抗梯度飞片设计原则和超高速数值模拟技术设计出一种新的叠层波阻抗梯度飞片,并利用三级炮加载技术将Ta飞片加速至9 km/s以上,测量了Ta在超高压下的状态方程。三级炮实验实现了冲击波速度与粒子速度的同时测量,Ta的Hugoniot数据与文献中发表的数据具有很好的线性关系,说明三级炮加载技术适合于材料超高压状态方程研究。     

重新初始化的LS方法跟踪二维可压缩多介质流界面运动

 用非耦合求解方法计算Level Set函数方程与流体力学方程组，应用重新初始化的Level Set函数确保距离函数性质，流体力学方程组采用二阶精度多介质流波传播差分格式计算，重新初始化方程采用五阶WENO格式计算。并给出了二维可压缩多介质流界面运动的计算结果。     

实现应变率为105~106 s-1的阻抗梯度飞片复杂加载波形计算分析

为了在气炮上实现应变率为105~106 s-1的复杂加载技术研究,采用自行研制的拉格朗日程序MLEP(multi-material Lagrangian elastic-plastic)对Al-Cu-W材料体系的阻抗梯度飞片复杂加载不锈钢靶板进行数值模拟,计算设计并分析了阻抗梯度飞片的厚度和密度分布指数对靶板压力、速度和应变率峰值等波形的影响。结果表明:密度指数分布越大,加载时间越短,加载后期的压力、速度和应变率峰值曲线更陡峭;同时, 为了避免靶板/LiF窗口界面反射的稀疏波早于阻抗梯度飞片后界面反射的稀疏波达到碰撞面位置,计算设计中还考虑了飞片厚度的影响。此外,对基于理论设计的阻抗梯度飞片进行了动态考核实验,实验结果基本反映了预期的设计,为材料强度的测量奠定了基础。     

激波冲击下air/SF6界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性

实验研究了低马赫数(1.27)激波作用air/SF6界面的RM不稳定性问题.air/SF6初始正弦界面由厚度为1～2 μm的薄膜相隔得到,用阴影法测试界面演化过程.实验结果表明:由于不稳定性重流体(SF6)向轻流体(air)演化成“尖钉”结构,而轻流体演化为“气泡”结构;由于界面切向速度差的Kelvin-Helm-ho...     

钝感炸药爆轰波传播和驱动的数值模拟研究

为实现对非理想爆轰波传播和爆轰驱动问题的精确计算,研究了与贴体坐标下Level Set方法相结合的爆轰冲击波动力学(DSD)计算方法;根据Hamilton-Jacobi方程的Godunov差分格式,提出了非正交的贴体坐标系中Level Set函数方程的差分格式及其相应的数值方法;并将该DSD方法与二维流体动力学程序TD...     

爆轰驱动铝飞层扰动增长的数值模拟（英文）

建立了研究炸药爆轰驱动条件下金属材料Rayleigh-Taylor不稳定性问题的实验技术和数值模拟方法。利用该实验技术和数值模拟方法研究了炸药爆轰驱动条件下,铝飞层界面Rayleigh-Taylor不稳定性增长规律,数值模拟显示界面扰动振幅以指数规律增长。数值模拟结果和实验定性相符,但是定量相比有较大差别,原因是高压高应变率加载条件下铝的强度增强,而数值模拟时所采用的SG本构模型在这样的加载条件下低估了铝的强度而导致对扰动增长致稳作用不足。然后在数值模拟中,通过改变材料的初始剪切模量和初始屈服强度,发现在一定范围内,初始剪切模量对材料动态屈服强度没有影响,而初始屈服强度增大可以明显提高材料的动态屈服强度,达到抑制扰动增长的目的,表明材料屈服强度主导界面扰动增长。     

气体动理学方法对斜界面不稳定性实验的数值模拟

介绍了基于BGK模型(Bhatnagar-Gross-Krook)的气体动理学数值方法(Gas Kinetic Scheme,GKS),通过计算多组分激波管问题对以GKS方法实现的MBCD程序进行了验证,表明了在接触间断处产生的震荡非常小,网格收敛性好。在多组分问题求解时各组分满足同温和同速的假设条件下,利用该程序开展了Air/SF6斜界面不稳定性实验的数值模拟,得出了不同时刻SF6的密度分布图,并得到交界面宽度、斜界面左右端相对位置在激波穿过斜界面后的变化情况。通过与实验结果的比较可知,GKS方法和程序在网格数为1024×200和512×100时得到的交界面宽度与实验值的最大误差分别为6.1%和7.3%,可用于对界面不稳定性问题的计算。     

激波管实验和果冻实验界面不稳定性数值计算

运用算子分裂技术,增加二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法计算动力学粘性以及热流部分对流场的影响,将可压缩多介质流体动力学高精度欧拉计算方法MFPPM发展到适用于NS(Nayier Stokes)方程的可压缩多介质粘性流体计算方法MVPPM.通过与界面不稳定性实验结果的比较,来检验计算方法的正确性,并验证计算程序的有效性.主要包括一个激波管实验和两个果冻实验,即英国AWE(Atomic Weapons Establishment)激波管实验和LLNL实验室的果冻环实验以及中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室进行的爆轰驱动下单层果冻界面不稳定性实验.研究结果表明:数值模拟结果与实验测量结果以及对应时刻的实验图象均吻合较好.     

激波管实验研究非均匀流场R-M不稳定性

利用激波管装置及马赫数为1.27的弱入射激波实验研究了SF6非均匀流场的R-M不稳定性。Air/SF6初始正弦界面由厚度为0.5μm的薄膜相隔得到,由阴影方法记录界面演化过程。实验结果表明:由于不稳定性,重流体(SF6)向轻流体(Air)演化成"尖钉"结构,而轻流体演化为"气泡"结构;由于界面切向速度差的Kelvin-Helmholtz不稳定性,"尖钉"头部翻转成蘑菇头形状;由于流场密度分布不均,低密度区流场扰动增长较快,扰动振幅发展的实验结果与PPM数值计算的结果较吻合。     

二维流体力学有限差分和有限元程序的耦合计算

根据压力和法向速度连续准则,将Euler方法为基础的MFPPM（Piecewise-Parabolic Method）程序和Lagrange方法为基础的DEFEL（2-D Finite ElementsCode,二维流体弹塑性动力有限元）程序进行耦合,发展了基于levelset的GEL（Ghost—fluid Euler-Lagrange）方法。该方法在处理大变形流场与小变形结构以及复杂流动与多物体相互作用等问题具有优越性。通过二维算例的计算结果与文献比较,检验了GEL方法和耦合程序的正确性,并对水下爆炸形成的流场对多物体作用过程进行了数值模拟。