基于离散单元法的发射装药挤压破碎动力学仿真

为了探寻发射装药低温下挤压破碎机理,研究发射装药挤压破碎对发射安全性的影响,本文利用离散单元法模拟了发射装药动态挤压破碎过程.将发射药粒离散成弹簧-球单元系统,建立了发射药床挤压破碎动力学模型,仿真了发射药床在动态冲击载荷下的挤压破碎动力学过程.采用统计的方法定量地获得了破碎后发射药床的表面积,其结果与试验较为接近,验证了本文理论与模型的正确性.研究结果为进一步研究发射装药低温下挤压破碎对发射安全性的影响奠定了基础.     

发射药实测密闭爆发器压力-表观燃速模型及数值计算

为研究发射药在密闭爆发器中的实际燃气生成规律,根据密闭爆发器实测的压力-时间曲线,利用无形状函数法,建立了发射药实测密闭爆发器压力-表观燃速模型。模型引入了与统计平均厚度概念对应的相对压力冲量,以发射药燃气生成量-相对压力冲量关系曲线表征表观燃速变化规律。基于12/1、13/7和13/19 3种单基药的密闭爆发器实验数据,对该模型编程并进行了模拟计算,计算结果与传统的形状函数法计算结果进行了比较。结果表明:该模型避免了药型尺寸所带来的误差,考虑了燃烧过程中压力对燃速的影响,更适于研究发射药在密闭爆发器中的实际燃气生成规律。     

发射药床动态挤压破碎模拟研究

该文介绍研制成功的发射药床动态挤压破碎物理仿真试验装置。用半密闭爆发器作为压缩动力源，其可控性使该装置能物理模拟火炮发射装药弹底药床点燃前所处的力学环境。用活塞压缩被模拟的药床，有效保护了挤压破碎后的药粒不被点燃。多次试验再现了膛内发射药床的力学环境和挤压破碎状况。该装置真实再现了发射药床的挤压破碎规律，解决了发射安全性研究中的一个关键问题。     

钝感发射药的内弹道特性研究

针对未完善的钝感对发射药内弹道性能影响的研究现状，该文利用密闭爆发器试验和靶场射击试验研究了钝感对发射药燃烧规律的影响，建立钝感发射药的燃烧数值模型，提出确定钝感药燃烧特征量的方法，并计算分析钝感发射药的内弹道特性，计算结果符合膛内射击过程的变化规律，与射击试验结果吻合很好。     

钝感火药装药膛内实际燃烧规律的研究

目的 研究钝感火药装药膛内的实际燃烧规律,方法 制备一种双基钝感火药,并在大口径火炮上进行射击实验,用内弹道势平衡的方法研究了该钝感火药装药膛内的实际燃烧规律,结果 采用钝感火药装药后,膛内实际燃烧的热平衡点参数向后移动,钝感 火药装药燃气生成函数可分别用三次函数和二次函数的拟合式表示,其膛内实际燃烧速度函数可表示为以相结压力冲量为自变量的指数函数或正比函数,结论利用内弹道势平衡方法研究钝感火药装     

火药低温挤压破碎及其异常燃烧数值预测

该文利用高低压火炮发射火药运载器研究动态条件下低温火药的破碎规律,得到了不同颗粒间应力条件下火药破碎程度关系式。在此基础上建立了考虑火药破碎的一维多相流数学模型,对高密实低温火药的燃烧过程进行了数值预测,并与不考虑破碎的数值结果进行了对比。数值结果揭示了低温破碎引起异常压力,对研究高膛压火炮的膛炸机理有重要意义。     

膛内燃烧与力学环境物理仿真技术研究

该文研制了发射装药膛内燃烧与力学物理环境仿真装置及其测试系统。用“探棒”测试获得了径向不同位置火药气体压力，解决了药室内同截面不同径向压力测试问题，用光纤测试获得了火焰膛内的传播过程，用弹底压力传感器获得了弹底药床被点燃前药床所处力学环境。多次试验再现并测试获得了膛内燃烧与力学环境。为发射药床膛内燃烧与力学环境和发射装药发射安全性定量研究提供了新方法。     

梯形载荷下伴随破碎的散粒体系统动力学分析

为了获得脆性颗粒材料组成的散粒体系统在动载荷作用下的力学响应,对圆筒内散粒体系统在梯形载荷作用下的力学行为进行了数值研究.建立了链接模型、接触模型以及弹簧-球单元破碎模型;基于离散单元法编制了计算程序,分析了梯形载荷作用下的散粒体系统动力学响应;采用OpenGL图形显示了部分颗粒的破碎过程.结果表明,在梯形载荷作用下,对不同的载荷值,散粒体系统存在相应的暂时稳定状态,并且随着载荷大小的递增,系统达到稳定状态的时间越短,系统的变形也越小;计算过程中发现部分粒子发生破碎,且上层粒子首先被冲击破碎,破碎情况最为严重.研究结果对发射装药发射安全性有着重要的理论意义.     

平衡抛射武器内弹道性能研究

该文研究了某平衡抛射武器发射药厚度对其初速或然误差、最大膛压等内弹道性能的影响.采用所建立的平衡抛射武器内弹道模型计算了该武器系统的内弹道性能,进行了内弹道性能试验,计算结果与试验吻合较好.采用Monte Carlo模拟,计算了不同厚度发射药的弹丸初速及其或然误差和最大膛压.研究表明,在保持弹丸平均初速不变的条件下,发射药厚度对内弹道性能及其稳定性有明显影响.建立了发射药厚度与内弹道性能参数间的定量关系,为改进该武器系统的内弹道设计提供了帮助.     

颗粒破碎过程的离散元精细化建模

为了模拟颗粒的破碎过程,反映颗粒破碎后碎片的真实形状,改进了多面体的接触识别算法,提出了一种基于离散元法的精细化弹簧-四面体单元破碎模型.将多面体颗粒用弹簧-四面体单元离散后,利用连接线性目录法建立可能接触颗粒对的邻居目录,采用改进的射线穿透法判断邻居目录中颗粒对是否真正接触.两种算法共用边界盒,讨论了接触识别算法中特殊的接触类型,并计算接触力.通过最大拉力准则判断弹簧断裂,最终获得多面体颗粒的破碎情况,并对六棱柱颗粒高速冲击刚性边界的破碎过程进行了数值模拟,研究了不同速度下颗粒高速冲击刚性边界的破碎程度.模拟结果表明,建立的弹簧-四面体单元破碎模型可以模拟多面体颗粒的破碎过程,连接线性目录法能够快速建立颗粒系统的邻居目录,改进的射线穿透法能有效地识别颗粒间各种复杂的接触情况.研究结果表明,颗粒破碎是从未破碎-快速发展-缓慢发展的过程,并且速度越大,初始破碎时刻越早,破碎发展速度越快,破碎程度也越严重.数值模拟结果与颗粒冲击破碎实验的结果趋势相符,计算模型反映了真实情况下颗粒的破碎趋势.改进了的多面体接触识别算法和提出的弹簧-四面体单元破碎模型可以有效地模拟颗粒的破碎过程,解决颗粒破碎后碎片的真实形状问题.     

基于离散元的边坡弯曲倾倒渐进破坏特征分析

发生弯曲倾倒的边坡一般存在一组优势的陡倾不连续面,岩层在自重或外力作用下向临空面弯曲变形,表现出明显的柔性特征。基于物理模型试验建立了相应的离散元计算模型,模拟了边坡弯曲倾倒的渐进失稳过程,系统剖析了岩体弯曲倾倒的力学机制和破坏特征。结果显示,塑性区贯通是边坡弯曲倾倒失稳的必要非充分条件,悬臂岩柱在弯折过程中其内部应力表现出明显的不均匀性。进一步探讨了关键力学参数对倾倒破坏面的影响规律,具体表现为破坏面倾角随节理摩擦角的增大而增大,而节理黏聚力和岩体抗拉强度对其影响并不显著。研究成果可为倾倒边坡的分析设计提供科学参考。     

瓦斯煤尘爆炸传播数值仿真系统研究

以连续相、燃烧、颗粒相数理方程建立瓦斯煤尘爆炸传播数理模型，并应用连续相、颗粒相计算方法，依据大型巷道瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸传播实验数据，借助普遍应用的流场模拟平台，开发了瓦斯、煤尘爆炸数值仿真系统。该系统可以有效地模拟煤矿瓦斯、煤尘的爆炸事故过程，对瓦斯爆炸的爆燃转爆轰、煤尘是否参与爆炸、爆炸冲击传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围都能进行较准确的模拟。     

页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟技术

页岩气藏天然裂缝分布复杂,地层非均质性强,水平井压裂技术是开发的必要手段,建立页岩气藏压裂缝网扩展与流动一体化模拟方法对于制定生产方案及评价压裂措施具有重要的现实意义。采用基于闪电模拟的油藏压裂裂缝网络扩展计算方法来模拟页岩气藏多分支裂缝网络形态,在此基础上进一步运用嵌入式离散裂缝模型（EDFM）来定量表征页岩气藏有机质-无机质-裂缝网络之间的复杂流动机制,从而实现页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟。基于该方法建立了200 m×200 m的地质模型进行缝网形态模拟以及流动表征,通过缝网扩展模拟方法得到裂缝网络分布规律,在此基础上基于嵌入式离散裂缝模型进行流动模拟,得到模型生产200 d后的含气饱和度分布以及产气量分布曲线。同时,基于本文模型分析了压裂液注入压力、分形概率指数、压裂液黏度以及裂缝网格精细程度等参数对裂缝网络形态、含气饱和度分布以及页岩气产量的影响。研究表明,压裂液注入压力越高分形概率指数越小、压裂液黏度越小裂缝扩展范围越大、含气饱和度下降范围越大单井产量越高,裂缝模拟精度会显著影响产量误差。基于该页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模型可以大规模模拟页岩气藏缝网形态以及多重介质复杂流动,为评价页岩气藏压裂施工好坏以及产量预测提供了有效的帮助。     

固体火箭尾焰等离子体特性影响因素数值

为研究固体火箭尾焰等离子体分布特性,采用CFD方法对不同工况下某型号固体火箭发动机尾焰进行了仿真,获得了尾焰流场温度及压强分布,并采用等离子体浓度模型计算了尾焰等离子体浓度分布。在此基础上,对尾焰等离子体频率进行了求解和分析,得到了其在尾焰轴线方向上的变化规律。分析结果表明,火箭尾焰等离子体特性对推进剂中Al含量的依赖性很高,随着推进剂中Al含量增加,尾焰温度升高,燃气电离度增加直至成为等离子体,尾焰等离子体区域范围增大;随着飞行高度的增加,尾焰等离子体区域位置后移。     

基于点火药颗粒的固体火箭发动机点火瞬态过程数值研究

为研究固体火箭发动机点火时点火药颗粒在燃烧室内流动与燃烧特性,以N-S方程,k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型+UDF接口进行二次开发编程,对某型固体火箭发动机点火瞬态过程进行数值仿真分析.计算结果表明:发动机点火过程中,点火药颗粒呈链式反应;点火药颗粒在喷入燃烧室后迅速燃烧,有利于推进剂点火,缩短点火延迟时间;点火药颗粒在燃烧室内运动复杂,在发动机内流场中出现压强震荡、局部高温区域和内外通压强差等复杂现象,这些现象随点火药量的不同而变化,对推进剂点火、药柱结构完整性产生较大的影响.      

随机堆积床内甲烷/空气预混燃烧过程的数值模拟

通过离散元软件LIGGGHTS重现球体的重力堆积过程,建立三维随机堆积床几何模型.利用大涡方法结合双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧过程.通过将模拟结果与实验数据对比验证了模型的有效性,在此基础上对随机堆积床内部的火焰分布结构、火焰面形状及温度分布规律等进行了分析.模拟结果表明:在燃烧后期,堆积床内的小球温度要高于同一高度上气体的温度,这体现了多孔介质良好的蓄热能力;壁面与轴线间的火焰面高度差远远小于无多孔介质的管内燃烧情况,表明随机堆积床可以通过分割火焰来提高燃烧的均匀性和稳定性.