冲击-斜波加载下锆的动力学特性

本文基于磁驱动装置CQ-4完成了冲击-斜波加载实验设计,开展了金属锆在不同加载条件下先冲击再斜波压缩新热力学路径下的动力学特性研究.实验结果显示,加载压力峰值约为25 GPa,三个样品的波剖面结构依次为弹塑性转变、冲击波和斜波压缩,当冲击加载压力在相变压力附近约10 GPa时可以获取含有明显相变特征的速度波剖面,而冲击压力在20 GPa时冲击波覆盖相变波,速度波剖面无法观测到10 GPa附近的双波结构.加载压力峰值约为44 GPa,速度波剖面无弹塑性转变和相变特征为单波结构.结合多相状态方程和非平衡相变速率方程对锆的冲击-斜波压缩过程进行了数值模拟,计算与实验结果吻合良好,可以较好地模拟锆的冲击-斜波压缩实验过程.     

电爆炸喷涂过程中冲击波的理论分析

电爆炸喷涂可用于零件内孔耐磨涂层的制备,涂层具有光滑致密、孔隙率低、结合强度高的特点.通过对空气中进行电爆炸金属丝制备表面涂层时冲击波传播规律的研究,运用量纲分析的方法建立了计算电爆炸冲击波传播规律的工程模型,并对冲击波对喷涂过程的影响进行了分析,提出了可以估算冲击波位置、压力、传播速度以及波后物质速度的计算公式.结果表明:沉积能量线密度越高,冲击波的波阵面压力越大、传播速度越快、波后物质速度越高、到达同样喷涂距离时间越短.     

中心内爆引起的圆柱壳流固耦合问题数值模拟

针对中心装药的冲击波加载,研究了椭球封头圆柱壳的流固耦合问题.基于法向位移、速度和力建立流固界面边界条件,采用FVM求解积分ALE型无粘流体力学方程组,采用FEM求解虚功原理,得到内爆流场冲击波和壳体应力波的传播过程.结果表明:我们的方法和计算软件可研究内爆引起的壳体流固耦合问题.尽管壳体结构和装药位置相对简单,但冲击波在壳内传播和内壁面多次反射产生的波系结构相当复杂,压力云图刻画了冲击波演化图像.壳体所受加载特征是:前期表现为冲击波超压,后期表现为冲量,壳体变形依赖冲击波加载历史.封头顶点、封头和侧壁交线以及距中心最近的中环面出现较大等效应力,也是结构易破坏的部位.     

爆炸冲击波与防弹衣相互作用的数值模拟

为研究穿戴防弹衣情况下爆炸冲击波对人体的作用模式,建立了爆炸冲击波冲击防弹衣的2维和3维数值模型.借助Eulerian和Lagrangian的完全耦合方法,模拟构建爆炸冲击波与防弹衣相互作用所形成的冲击波流场.对冲击波流场的分布情况进行分析,包括冲击波在防弹衣表面的反射,在防弹衣边缘绕射以及在防弹衣与人体之间的传播情况.研究结果表明,在穿戴防弹衣情况下,爆炸冲击波与防弹衣发生相互作用,形成的复杂波系会加重对人体的伤害.      

膨胀波火炮后喷冲击波流场数值模拟

为研究后喷冲击波流场特性,以确定其危险区域,针对膨胀波火炮排气方式以及后喷冲击波流场的复杂波系特性,建立了三维可压缩Navier-Stokes方程。采用一阶精度的迎风总差分变小格式及自适应网格技术,对某口径膛底排气膨胀波火炮的后喷冲击波流场进行了数值模拟,获得了后喷冲击波的流动规律。结果表明:尽管差分格式的精度为一阶,通过采用自适应网格技术,同样可以获得较高的激波分辨率;同时可以确定冲击波超压的大小,以此确定膨胀波火炮后喷冲击波的安全范围。     

沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析

由沙袋堆积起来的沙墙对强冲击波具有很好的消波吸能作用,在爆炸实验中对结构有一定的防护作用.沙墙在爆炸冲击波作用下,飞散形成颗粒相,吸收冲击波的能量,降低冲击波对结构的冲击作用.分别使用通用非线性动力学数值计算程序LS-DYNA和自编的多相流程序,计算了某封闭空间中沙墙对爆炸冲击波消波吸能的作用.自编的多相流程序可以计算沙子的飞散,可以考虑对流、辐射传热的吸能作用.LS-DYNA没有这些功能,但是却可以模拟复杂的爆炸与结构相互作用的问题.两种程序对比计算的结果可为使用商业软件LS-DYNA进行类似的复杂数值计算提供参考和修正.     

空气隔层对水中冲击波衰减效果的实验研究

依据一维击波绝热透、反射理论和冲击波在空气、水中的衰减规律,分析了水中空气隔层对水下爆炸冲击波衰减的原理,并通过两次小药量模型实验对分析结果进行了验证.结果表明,空气隔层不仅可以削弱水中冲击波峰值压力,而且可以有效减少冲击波的冲量和总能量,从而可以有效防止水中爆炸冲击波对保护目标的破坏.     

应力波在岩石直杆中传播特性及层裂研究

目的揭示冲击应力波在直杆岩体中的传播特性与层裂破坏规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性.方法采用RFPA~(2D-Dynamic)软件建立均匀岩石直杆数值模型Ⅰ、Ⅱ,分别施加直角三角形冲击荷载.对模型Ⅰ进行杆中及固定端应力波传播形态与理论解析对比分析,对模型Ⅱ施加5种相同峰值而持续时间不同的冲击载荷,进行直杆中应力波经自由端反射诱发层裂过程数值模拟.结果压缩应力波在固定端反射为压缩波,同时在杆两边界自由面不断产生大量剪切波和拉伸波;压缩波的峰值随着应力波的传播逐渐降低;冲击波持续时间越长,裂纹扩展范围随之扩大,萌生裂纹数量增加,裂纹间距也越长.结论冲击波传播形态数值模拟与解析理论结果具有较好的一致性;不同的冲击荷载卸荷速率对岩石直杆动态起裂位置和层裂扩展长度影响较大.     

结构近中区爆炸波能量分配和衰减特征

通过混凝土爆炸试验,测试到了距爆源8～16 cm范围内的爆炸波全应变信号.通过信号的时频能分析,将爆炸波识别后分离为爆炸冲击波区、应力波区及爆生气体膨胀作用区,并就各区的作用时间、力量大小、能量特征及其随距离的衰减特点开展了定量研究.结果表明,在距离炮孔中心线40R0的测点范围内同时受到爆炸冲击波、应力波和爆生气体膨胀的共同作用:总能量在距爆源8～16 cm范围内下降了55.5%;爆炸冲击波能量占测点能量的30%～40%,随距离的增大减小;应力波能占测点能量的20%～40%,随距离增大而呈线性减小;爆生气体膨胀能占测点能量的20%～40%,随距离增大而减小缓慢,且在损伤边界处存在显著增大现象.     

组合帷幕阻波帘对水下冲击波的防护特性分析

帷幕阻波帘对水下冲击波具有衰减作用,有利于水下建筑物保护,防止生态环境恶化,维持原始水域生态平衡,因此应用帷幕阻波帘减弱冲击波的破坏作用具有重要的现实意义。针对水下爆破高能量冲击波和反复形成的气泡脉动现象,设计了气泡帷幕与气泡膜帆布帘分段防护组合式帷幕阻波帘。首先应用Zamyshlyayev经验解析方法计算气泡帷幕对冲击波的压力衰减过程,在此基础上采用ANSYS LS-DYNA模块,模拟分析最优阻波帘设计方案。通过在水下4 m使用300 g乳化炸药作为爆源,距试验药包半径3 m布置水击波测点及半径9 m处布置鱼类网箱进行测试,试验结果表明,冲击波综合衰减率为97.72%～98.29%,满足了对水下冲击波防护特性的要求,验证了组合帷幕阻波帘设计的合理性。     

半封闭空间瓦斯爆炸冲击波传播距离研究

为揭示瓦斯在强爆和弱爆情况下冲击波超压变化规律,利用一维爆炸物理模型和爆炸理论,构建了冲击波超压随距离变化的数学模型,并用一端开口的半封闭爆炸试验装置,在保持瓦斯浓度和其他条件不变,仅改变点火能量大小实现了瓦斯爆燃和爆轰,验证理论求解.结果表明:半封闭受限空间内,爆燃情况下火焰传播速度要远小于爆轰条件下火焰传播速度,爆燃火焰传播速度为亚音速,爆轰为超音速;爆轰与爆燃的冲击波超压的理论解都小于实验值,但整个传播变化趋势基本一致;极强冲击波最大超压值与传播距离成反比,极弱冲击波最大超压值与传播距离的平方根成反比;爆燃和爆轰冲击波在燃烧区内的传播变化趋势与理论解基本吻合.研究结果为防治瓦斯爆炸破坏及爆炸事故灾害勘验提供了技术和理论支持.     

炸药管道效应的理论研究

本文从理论上探讨了超前空气冲击波压实爆药,改变爆药的爆轰性能这一管道效应机理成立的可能性;通过管道效应中若干问题的分析,得到了一些有意义的结果。     

爆轰冲击波在有机隔板中衰减模型的研究

运用冲击动力学理论建立了爆轰冲击波在有机隔板中衰减规律的数学模型,利用该模型通过测试试验对爆轰冲击波压力在有机隔板中衰减规律进行数值拟合,结果表明爆轰冲击波压力在有机隔板中衰减呈指数关系,并给出了衰减关系数学模型及衰减参数．     

激光支持等离子体爆轰波流场研究

采用高速纹影摄影法记录激光支持等离子体爆轰波流场的演化,得到流场冲击波阵面形状和尺寸随时间变化规律。建立激光支持等离子体爆轰波流场演化的物理模型,采用计算流体力学方法模拟计算激光击穿空气后,激光作用时间内及激光作用结束后等离子体流场演化过程。结果表明,纹影摄影法能有效观测到激光支持等离子体爆轰波的传播情况。等离子体爆轰波在激光作用初期为椭球形,随着时间的增加逐渐转变为球形。计算的等离子体爆轰波流场密度分布图与实验结果基本吻合。     

火焰聚心和激波聚焦诱导爆震波

对几种不同结构形式的爆震发生器进行了数值模拟,来研究激波聚焦和火焰聚心现象、气动特性及其机理。数值计算采用多组分理想气体详细的化学反应机理、二维轴对称非定常流动Navier-Stokes方程来模拟流体动力学和化学动力学过程。数值计算发现用较低的点火能量对射流火焰燃烧器中可燃混合物点火,层流火焰在狭窄管壁作用下加速,射流火焰在轴线上汇聚过程,有利于激波的加强。强激波加速火焰,在多重激波与火焰反复作用下,激波和火焰面之间出现热点,热点迅速放大并形成压力很高的过驱爆震波,而后衰减为稳定的爆震波,不同的激波聚焦腔爆震波的形成过程不同。对数值计算的结果分析得出了起爆距离和稳定爆震距离,为进一步试验提供参考。     

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。     

两端点起爆对炸药近地场冲击波威力增强效应研究

通过试验和仿真分析研究了两端点起爆对炸药爆炸近地冲击波场分布的影响. 研究结果表明,两端点起爆爆轰波在炸药中心形成汇聚叠加,初始冲击波场在汇聚中心形成耦合增强,并在中心汇聚位置向周向水平传播,显著增强了冲击波在近地场的传播距离和超压威力. 对比上端点起爆、下端点起爆和两端点起爆方式,炸药在比例距离1.5 m·kg?1/3 相似文献   

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.     

三维爆震引射增推性能数值计算及验证

本文对三维圆形爆震室引射增推性能进行了数值模拟和试验验证。应用数值方法对爆震波衰退为激波后的传播、排除过程进行了多循环模拟,分析了三维爆震波非稳态引射流场的变化过程,得到了与文献一致的结果;对多循环爆震引射过程的瞬时推力、冲量以及爆震室出口的质量流量进行了分析研究;引射喷管在不同位置处时对爆震室的推力增量值进行了对比,发现在引射喷管轴向位置X=0mm处时推力增量达到最大值,试验验证了这一结论。     

尾喷管对2-stage PDE性能影响的数值模拟

为研究尾喷管长度和扩张角度对两级脉冲爆震发动机凹面腔内激波会聚起爆及推力性能的影响,选取了一系列不同尾喷管长度和扩张角度的2-stage PDE模型进行数值模拟.单次爆震结果表明,尾喷管长度和扩张角度对2-stage PDE凹面腔中的射流碰撞和起爆过程影响很小.凹面腔的壁面压力和单位面积冲量随尾喷管长度增大而增加,且在较长形式的尾喷管中会出现多次激波相交和会聚,但是频率随尾喷管长度增大而减小.尾喷管壁面压力和冲量的轴向分量随扩张角度增大,凹面腔内的激波会聚和起爆频率不变.考虑凹面腔和尾喷管的综合作用,带有45°扩张角的尾喷管的2-stage PDE性能最好.