非球形弹丸超高速撞击充气压力容器碎片云特性数值模拟

为解决非球形弹丸正撞击充气压力容器问题,应用非线性动力学分析软件AUTODYN,在相同质量和速度的条件下,采用光滑质点流体动力学方法 SPH,对具有不同长径比的圆锥形弹丸、圆柱形弹丸撞击压力容器产生的碎片云特性进行数值模拟,分别分析圆锥形弹丸、圆柱形弹丸长径比对碎片云形态、尖端速度及径向扩展直径的影响。结果表明:弹丸形状及弹丸长径比对碎片云在高压气体中的运动特性影响较大。随着弹丸长径比的增加,圆柱形弹丸碎片云径向扩展直径减小;随着弹丸长径比的增加,相同质量和相同撞击速度的圆锥形弹丸及圆柱形弹丸碎片云的损伤力增强。     

超高速撞击碎片云特性数值模拟研究

碎片云特性对空间碎片撞击航天器防护结构的损伤程度具有重大影响。本文采用数值仿真软件AUTODYN对球形弹丸超高速撞击单层板和双层板的碎片云特性进行了模拟,分析了弹丸超高速撞击不同层数防护板后的碎片云形态,研究了速度和板间距对碎片云特性的影响。研究表明:碎片云的形成需要一定的条件,速度和板间距对碎片云的特性有重要影响。     

超高速弹丸碰撞薄板产生碎片云的运动模型分析

为了准确地描述超高速碰撞薄板形成碎片云的运动特征,通过数值模拟结果与Swift,Piekutowski和Bless这3种碎片云模型结果进行比较,并对Swift模型进行了修正.结果表明: Piekutowski和Bless模型能较好地描述圆片弹丸所形成碎片云的运动;修正后的Swift模型能较好地描述球形弹丸所形成的碎片云的运动.     

碰撞倾角对碎片云分布影响的数值模拟

研究超高速斜碰撞所形成的二次碎片云的分布特性. 采用SPH与Lagrange耦合的方法计算了靶板上的穿孔尺寸随碰撞倾角的变化,并在此基础上模拟了碰撞倾角对二次碎片云分布的影响. 计算结果与实验拟合结果表明,所采用的耦合方法可以很好地模拟穿孔尺寸和二次碎片云分布;当碰撞倾角增大到60°时,法线碎片云的质心轨迹与直线碎片云的质心轨迹明显分离,并且反跳碎片云中弹丸材料的粒子数目将显著增加.     

爆炸碎片撞击圆柱薄壁储罐的有限元模拟分析

爆炸所产生的碎片会对周围设施及装置安全造成极大的威胁,为定量研究撞击对结构稳定性及结构强度的影响,采用LSDYNA软件,对爆炸碎片撞击下的圆柱薄壁储罐动力学响应进行了数值模拟研究.结果表明,随着碎片撞击速度、横截面积的增加及撞击角度的减少,储罐变得越来越不稳定.随着碎片撞击速度、横截面积的增加及碎片密度的减小,储罐结构强度逐渐失效.碎片撞击速度相同时,立方体碎片的撞击对储罐稳定性和结构强度的影响大于圆柱形碎片.碎片撞击角度为10°时,合成加速度最大,为115 m/s2,此时储罐强度损失最大,导致储罐失效.碎片密度对储罐结构稳定性的影响可忽略不计.     

钨合金弹丸超高速撞击的分子动力学研究

针对高速穿甲与空间碎片超高速撞击航天器材的防护性能以及损伤破坏模式的问题,采用分子动力学方法,运用EAM势对钨合金弹丸超高速撞击靶板的动力学行为进行了数值模拟,定性研究了弹丸尺度、弹丸速度、靶板厚度以及材料模型对靶板穿孔、靶板破坏与碎片云形成的影响以及相应规律. 研究结果表明:同一时刻空筒蘑菇形碎片云的径向与轴向距离随弹丸直径、撞击速度的提高而增加. 反溅粒子与粒子堆积高度随弹丸直径、撞击速度提高而增加. 将分子动力学模拟结果与高质量试验结果进行了相应对比,模拟的碎片云形状、反溅粒子以及粒子堆积等特征与试验基本吻合,验证了利用分子动力学方法的有效性.     

超高速斜碰撞碎片云形态的研究

针对航天器的碰撞毁伤程度与超高速斜碰撞所产生碎片云的形态的关系,利用光滑质点流体动力学(sPH)方法研究了超高速斜碰撞所产生碎片云的形态.主要分析了碰撞参数,如弹丸速度、靶板厚度、弹丸直径对碎片云形态的影响.仿真结果表明,二次碎片云的膨胀速度以及膨胀尺寸随碰撞速度和弹丸直径的增加而增加,随靶板厚度的增加而减小.     

基于SPH方法的球形弹丸撞击薄板研究

基于显示中心差分计算格式,应用光滑粒子流体力学方法(SPH)模拟计算了直径为6.35 mm铝球正撞薄铝板的过程,并将计算结果与闪光X射线照相系统所拍摄的结果相比较。对比研究结果大致得出了球形弹丸内部应力波传播的规律。并定性验证了靶板厚度与球形弹丸变形与破碎间的规律。所得结论为进一步深入研究弹丸破碎以及Whipple防护结构撞击极限取相参数优化提供一定的依据。     

弹丸爆炸过程的数值模拟

本文运用ANSYS／LS—DYNA非线性显式动力学有限元程序,对弹丸的爆炸过程进行了数值模拟,通过模拟可以清楚地看到弹丸的爆炸过程。本文选取了五个典型单元进行应力和速度分析,结果表明,弹丸中部破片的速度比头部和底部破片的速度大,弹体中部应力变化较均匀,有利于形成均匀的破片,弹体底部易形成大块的破片,与实弹爆炸结果较一致。     

两级爆轰驱动装置发射弹丸的实验和数值模拟

为研究利用多级爆轰驱动发射高速爆炸成型弹丸的可行性,利用两级爆轰驱动进行发射爆炸成型弹丸的实验研究.二级爆轰驱动系统的次级被置换为成型装药,研究改变装药高度对弹丸速度的影响,并利用数值模拟对实验的结果进行比对.实验结果和数值模拟结果吻合良好.实验结果表明,二级爆轰驱动装置比传统一级成型装药能大幅提高爆炸成型弹丸的速度,具有发射大于3km/s弹丸的能力.     

基于OTM方法的超高速碰撞问题数值模拟

最优输运无网格方法(optimal transportation meshfree method,OTM)相比传统的SPH方法,可以有效克服现有显式分析中能量不守恒问题,完全避免SPH方法中存在的拉力不稳定性,并可规避零能模式的出现.本文采用OTM方法对铝制球形弹丸超高速撞击铝合金靶板问题开展了数值模拟研究.为描述铝在高温高压和高应变率条件下的动态力学响应,采用Johnson-Cook材料模型和Mie-Grüneisen状态方程对超高速撞击单层靶板进行数值模拟,得到的弹坑直径、碎片云长度与宽度以及内核碎片云的形态和分布与实验吻合较好.此外,对超高速撞击双层靶板问题也进行了数值模拟,模拟得到的碎片云形貌参数符合实验结果,二次碎片云的模拟长度与实验结果仅相差2.6%.数值模拟结果表明OTM方法非常适合于模拟超高速碰撞问题.     

超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应的研究进展

超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应是固体材料在强冲击作用下一种非常复杂的物理响应。从实验研究、理论研究和计算机模拟3个方面分别介绍了国内外学者在超高速碰撞产生等离子体及其电磁辐射效应方面的研究进展。通过实验和理论研究已在超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应方面取得了一定进展,初步建立了等离子体膨胀和电磁辐射模型,得到了碰撞参数、弹靶材料特性影响等离子体及电磁辐射效应的初步结论。通过电子力场方法和第一性原理对超高速碰撞产生的等离子体相变进行了初步探索,为从微观上揭示超高速碰撞产生等离子体的机理提供了一种崭新途径。进一步研究超高速碰撞产生的电磁效应,揭示电磁辐射产生机理、电磁辐射强度与碰撞参数之间的关系以及电磁辐射与力学耦合效应都具有十分重要的意义。     

超高速碰撞电磁效应数值模拟

采用理论分析和数值模拟结合的方法对超高速碰撞产生等离子体问题进行研究. 通过SPH方法,建立二维轴对称模型,针对不同碰撞速度进行数值模拟,对比不同时刻碎片云的形状以及膨胀速度,验证数值模拟的正确性;利用Thomas-Fermi模型,计算超高速碰撞过程中SPH粒子的温度,对于发生汽化的部分考虑其产生的等离子体参数;以统计物理学为基础,基于化学反应动力学原理,建立了非热平衡等离子体电子数密度、电子温度、宏观温度以及内能之间的关系,用以计算超高速碰撞过程中产生等离子体的参数. 给出不同时刻碰撞产生的总电荷数随时间的变化,将数值模拟结果与文献中经验公式结果进行对比,验证了本文中计算超高速碰撞产生等离子体方法的正确性.     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

柱面零件喷丸强化残余应力场的数值模拟

为研究柱面零件喷丸强化残余应力场的分布规律,应用ABAQUS软件模拟了单粒球形弹丸冲击柱面曲线轮廓零件靶体过程。接触碰撞数值模拟采用动态接触对惩罚函数法,计算方法采用中心差分时间显式算法,模型加载模式采用弹丸速度加载,模拟获得了喷丸强化残余应力场和位移场的分布规律。柱面靶体喷丸时,靶体表面产生的周向残余压应力和轴向残余压应力不等,且表面周向残余压应力略小于表面轴向残余压应力;靶体上产生的最大周向残余压应力和最大轴向残余压应力出现在距靶体表面相同深度位置,但最大周向残余压应力略小于最大轴向残余压应力,而周向残余压应力层深度略大于轴向残余压应力层深度。     

破片侵彻纤维复合材料板的有限元数值模拟

采用有限元方法对几种不同外形和材料的破片模拟弹垂直侵彻玻璃纤维增强复合材料层合板的动态响应过程进行了模拟分析,研究了靶板有限元模型网格尺度对抗破片侵彻特性模拟计算结果的影响,分析了靶板直径和边界约束条件等因素对复合材料板的抗破片特性的影响。对于厚度为4.0mm以上的较厚靶板,几种常用的13.4g钢质破片模拟弹的外形和材料的差异对侵彻能力影响较小。与已有文献中的实验结果的比较表明:当有限元网格尺度接近复合材料单层厚度时,计算结果的精度较好;当靶板直径大于一个与靶板材料波速相关的临界直径时,靶板直径、边界约束条件对破片模拟弹剩余速度的影响可忽略;完全固支条件的计算结果比简支或自由边界条件更接近于大尺寸靶板的计算结果。