炸药殉爆实验和数值模拟

为解决炸药殉爆实验可以给出炸药殉爆条件,但不能得到炸药爆炸过程细节的问题,进行了固黑铝(GHL)炸药殉爆实验,通过观测残留炸药和见证板变形,判断被发炸药爆炸情况. 并采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算. 计算模型中主要考虑了主发炸药爆炸冲击波在空气中的传播及其对被发炸药的冲击起爆. 用欧拉法描述主发炸药及周围空气介质,用拉格朗日法描述被发炸药和见证板. 通过数值模拟计算,分析了炸药殉爆过程中,被发炸药爆轰波的成长历程. 结果表明:被发炸药起爆点位于药柱下端,爆轰波先向下传播,使底部炸药先爆炸,然后转为向上传播起爆整个炸药柱;炸药底端压力不高,远低于炸药C-J爆压,对见证板的破坏作用较小.     

石墨对混合炸药爆轰流场影响数值模拟研究

为研究石墨颗粒对混合炸药爆轰性能及爆轰传播的影响,运用有限元分析软件建立了混合炸药二维平面细观结构模型,对不同石墨含量、粒度混合炸药的爆轰传播过程进行了数值模拟,结果表明,爆速的模拟计算结果与实验规律一致,沿着爆轰传播的方向,石墨颗粒内部压力逐渐提高,周围炸药的压力也逐渐升高,形成了特殊的爆轰流场压力分布.      

飞板运动规律的特征线差分方法研究

在经典理论及公式的基础上利用特征线数值插分方法对飞板运动规律进行研究。在差分过程中对于滑移爆轰飞板抛掷问题进行模型化时，将炸药与空气界面视为炸药与真空界面；在对声速面进行处理时采用简单弱爆轰假设。采用特征线法差分格式，编制程序对飞板二维抛掷问题进行数值求解，在爆炸焊接中常用的炸药质量比与炸药γ值范围，采用最小二乘法对数值计算结果进行拟合。     

爆炸荷载作用下框架结构的损伤机理研究

爆炸荷载可能导致框架结构出现连续倒塌,为研究结构物整体的抗爆性能,本文采用AUTODYN对钢筋混凝土框架结构在爆炸荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,模型考虑了炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了框架结构的破坏机理,模拟结果较合理地展现了框架结构的损伤过程。     

预制破片战斗部爆轰产物泄露数值模拟

预制破片战斗部具有破片质量和形状近似100%可控的优点,但其爆轰产物的过早泄露会影响破片的加速过程.为了分析爆轰产物泄露对破片威力的影响,利用数值模拟方法对某预制破片战斗部的爆轰泄露过程进行了研究,并分析了炸药采用不同仿真算法所得结果与试验的吻合情况.结果表明:端面中心起爆时,爆轰泄露主要发生在周向,对破片飞散形态影响较大;流固耦合算法计算得到的破片速度和飞散角与试验吻合最好,最小平均相对误差分别为1.12%和0.56%;综合计算鲁棒性、计算精度、计算时间等,流固耦合算法较适用于爆轰产物泄露的研究.      

水下爆炸气泡脉动的实验及数值模拟

用实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水下爆炸冲击波传播及气泡脉动规律.应用有限元程序MSC.DYTRAN,结合流固耦合技术模拟在重力影响下气泡脉动的全物理过程.计算结果与实验结果进行对比说明,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确.以此为基础,分析和总结了状态方程对水下爆炸气泡运动相关参数的影响.有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值.     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

颗粒特征尺寸对爆炸驱动惰性金属颗粒运动的影响

在炸药中添加惰性金属颗粒,形成一种特殊的非均质炸药。当炸药爆炸后,惰性颗粒在爆炸产物及爆轰波的驱动下,颗粒能达到较大的速度,对一定方向和范围内的目标造成毁伤效应。由于惰性颗粒在空气中存速能力较差。速度很快衰减,因此可以有效控制颗粒飞散距离。颗粒在炸药中的位置、颗粒的形状以及颗粒抛撒速度对颗粒运动过程和抛撒范围的研究具有重要作用。基于有限元分析软件AUTODYN,建立炸药爆轰驱动单颗粒惰性金属颗粒模型。对炸药爆轰驱动不同位置惰性金属颗粒以及颗粒不同特征尺寸的最大初速度进行计算,对计算结果进行了分析,得到了以上参数对颗粒抛撒初速度的影响及抛散初速度的宏观规律。计算结果为研究爆轰驱动粒子群机制提供了重要的理论依据。     

水下爆炸近场载荷的试验与数值模拟

借助于小药量水下爆炸试验及数值模拟研究了水下爆炸近场载荷及其运动特性。试验在爆炸水箱中进行,采用同时分幅扫描超高速光电系统拍摄炸药爆炸后视场600 mm×600 mm以内的冲击波及爆轰产物演化过程。使用LS-DYNA软件的ALE方法计算了水下爆炸近场冲击波、爆轰产物气体运动特性,以及冲击波峰值压力和爆轰产物气体与水介质边界压力变化特性,数值模拟结果与试验结果有很好的近似。在试验和数值模拟基础上,提出了适用于水下爆炸近场的冲击波运动、峰值压力的变化规律,并建立了爆轰产物气体初期膨胀运动规律及压力变化。     

凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程的高精度数值模拟

利用高精度数值格式对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程进行了研究. 采用RGFM和Level-set相结合的物质界面处理方法,克服了爆炸流场中高密度比、高压强比的物质界面容易引起数值振荡这一问题. 采用5阶WENO高精度有限差分格式进行空间离散,采用3阶TVD Runger-Kutta法进行时间离散,开发了高精度动态并行程序,并运用该程序对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴后的塌陷过程进行了数值模拟,给出了PBX-9404炸药在不同入射压力下的起爆距离及冲击起爆过程中的压力历史曲线图,并分别与实验结果对比后进行了验证. 对凝聚相炸药中的空穴塌陷过程进行了高精度数值计算,给出了不同时刻的密度、压力和粒子速度云图,研究结果表明由于空穴的存在,爆轰波的传播过程中会在空穴处形成射流现象以及密度和能量的汇聚,进一步产生高温高压的热点.      

考虑流固耦合效应的浅埋矩形顶管隧道开挖稳定性分析

为进一步研究流固耦合效应下浅埋矩形顶管隧道开挖面稳定性,结合南通世纪大道站矩形顶管过街通道工程,通过现场监控、数值模拟和理论分析等手段,分析了饱和砂层中流固耦合效应对开挖面极限支护力、破坏模式及孔隙水压力的影响。结果表明：支护应力比的减小将导致开挖面位移呈现3个阶段发展形式,致使开挖面前方孔隙水压力减小,最终导致其整体失稳破坏;相较于无渗流力计算,考虑流固耦合效应时开挖面前方土体土拱效应发挥程度较大,其极限支护应力比远小于1;深径比对浅埋矩形顶管隧道开挖面前方的破坏模式影响较小,但在浅埋情况下与极限支护力呈线性关系。研究结果可为饱和地层浅埋矩形顶管隧道施工提供一定的参考。     

接触爆炸和近距离爆炸比冲量数值仿真研究

对于接触爆炸和近距离爆炸的情况,炸药形状、起爆点位置和产物喷射均会造成载荷空间分布复杂,给理论分析和工程应用带来困难。分别采用流固耦合方法和PBM方法对Nansteel近距离爆炸子弹抛掷实验进行数值仿真,结果表明PBM模型仿真结果和实验结果吻合较好,而流固耦合模型仿真结果仅为实验值的70%左右.对于高度为3～10 cm的等长径比TNT药柱接触爆炸仿真结果表明,中心点比冲量随药柱高度线性变化.对640 g和1 250 g等长径比TNT药柱仿真结果表明,爆心距的变化主要影响靶板中心点6 cm半径内的比冲量,基于量纲分析推导出了比冲量的经验公式.     

基于Workbench的流固耦合作用下三通管振动特性分析

使用ANSYS Workbench软件,对流固耦合作用下的三通管振动特性进行分析。首先应用Solidworks和ANSYS Workbench对结构进行几何建模,再利用CFX模块对流场进行计算,将得出的结果以荷载的形式导入Workbench进行流固耦合状态下的模态分析。计算研究三通管在双进单出和单进双出情况下的入水口流速、入水口压强和管壁厚度对固有频率的影响。结果表明,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大,两种不同流体流动方式三通管的前六阶振型都主要是整体梁变形;管道的固有频率会随着入水口压强和流速的增加而增加;随着壁厚的增加,前三阶固有频率有所降低,第4～6阶固有频率则先升后降;在入水口压强、入水口流速和壁厚等条件相同的情况下,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大。     

基于强夯大变形的地基流固动力耦合分析

根据流固动力耦合方法分析强夯加固地基机理,在土体的应变位移关系上采用大变形假设,建立土体非线性动力平衡方程和整体流固动力耦合方程.在算例数值分析中给出了地基位移、孔隙压力在强夯作用时间内和空间中的变化分布规律,得到了夯锤的最大夯沉量,计算了夯击后地基孔隙压力的消散行为,计算结果与济南绕城高速公路强夯法施工现场的测试结果较符合.     

射流冲击载荷对井底岩石应力场的影响

考虑三向地应力、液柱压力、孔隙压力和射流速度的影响,建立射流冲击井底岩石流固耦合模型,运用有限元及有限体积法进行求解。结果表明:井底压差越大,井底岩石最大主应力越大;射流最大冲击压力与速度平方成正比,孔隙压力在冲击面和冲击轴线上随距离增加均呈"三次抛物线"减小;射流冲击井底岩石存在明显的局部效应,射流主要影响区域在冲击面上约为2倍射流半径,在冲击轴线上约为2.5~3.5倍射流半径,与应力波理论结果相吻合。     

不同曲率弯管对气相爆轰波传播特性的影响

采用附加Runge-Kutta方法,5阶加权无震荡格式和基元反应模型,对规则爆轰波在15°,20°,30°,40°,45°,60°光滑弯管的传播过程进行了数值模拟. 本文采用的基元反应模型是9组分48反应模型,反应气体为满足化学当量比的H₂/O₂混合气体,并用氩气稀释. 分析数值模拟结果发现所有弯管胞格结构都从规则变为不规则,随着弯角度数的增加,爆轰胞格结构从有到消失,爆轰波从没有熄爆区到有熄爆区,30°是有无胞格消失区、产生熄爆与非熄爆的临界度数;在一定压力下,大于30°的弯管下游都会产生重新起爆的现象;由于弯管的复杂性,爆轰波的反射在下壁面存在马赫反射和规则反射两种模式.     

无罩线形聚能装药近场爆炸载荷分析

为研究装药半楔角度对无罩线形聚能装药近场爆炸载荷的影响,利用Autodyn有限元分析软件的二维多物质欧拉算法对不同半楔角（40°、50°、60°、65°和80°等）的线形聚能结构爆炸后冲击波的产生和传播过程进行了数值模拟。分析了冲击波的形成过程,得到了各装药爆炸后的近场不同位置(距离爆炸中心15、20、25和30 m等)处冲击波超压及比冲量值,研究了半楔角和位置对爆炸载荷的影响。研究表明,无罩线形聚能装药结构的最优半楔角为65°左右,且距装药开口方向约2 m处爆炸冲击波的综合作用能力最强。     

密闭空间爆后准静态气压及地运动分析

准静态气压参数和地运动速度参数是保证密闭空间爆炸作业安全开展的重要参考.通过获取某工程现场3次爆破后的实测地运动速度数据和准静态压力数据进行时频域分析,结果表明,不同比例药量下,质点振速时程曲线和频域曲线均具有一致性,随着爆心距增加,质点振速幅值减小,主要频段趋近低频段,比例药量仅对地运动速度幅值有影响,对频域分布及主频影响不大.不同质量沙墙对准静态气压峰值及衰减速度均有影响,沙墙质量越小,爆后准静态气压峰值越大,其衰减越快.