浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟

根据试验模型和试验结果,进行了浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟;研究了水底水面对沉底爆炸冲击波传播与相互作用的影响。结果表明,水底对冲击波压力峰值有较大的削弱作用,水面使冲击作用冲量明显减少,冲击波相互作用的压力叠加或多次冲击作用大大提高了爆炸威力。     

基于有限差分方法的水中爆炸三维数值模拟

针对水中爆炸的三维数值模拟问题,采用基于有限差分的拉格朗日与欧拉相结合的方法,在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,进行了炸药在水中爆炸的三维数值模拟.爆炸场中考虑了有刚性障碍物及有反射有限边界计算域.结果表明,模拟结果与实际情况基本吻合,特别是冲击波在水中传播的模拟效果较好,证明所采用的三维数值模拟方法是有效和可行的.     

有氧化剂(AP)含铝炸药水中爆炸数值模拟

为了实现含有氧化剂AP的含铝炸药(下称PBX—3炸药)的水中爆炸参数的预估,利用Φ50 mm圆筒试验确定了PBX—3炸药爆轰产物JWL状态方程参数;并在此基础上开展了PBX—3炸药水中爆炸数值模拟,计算得到了冲击波峰值压力、比冲击波能和气泡脉动周期,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,基于圆筒试验确定的爆轰产物JWL状态方程参数,可以准确计算有氧化剂含铝炸药的水中爆炸参数,对于该类炸药的能量评估有一定参考价值。     

微装药空腔能量传递的数值模拟与试验研究

为研究微通道装药(微装药)空腔能量传递的影响因素,采用数值模拟和实验测试方法得到了空腔衰减压力.用AUTODYN软件的点火增长模型描述微装药的非理想爆轰过程,计算了不同装药尺寸、空腔厚度和约束材料的输出压力,并与锰铜压阻计的测试结果进行对比.结果表明,数值计算与试验值的偏差在10%以内,说明数值模拟方法可用于微通道空腔压力衰减研究.微装药直径越大或空腔厚度越小,压力越大,45#钢比有机玻璃约束更有利于空腔能量的传递.     

不同形状装药爆炸冲击波场及对靶板作用效应的数值模拟

利用非线性动力学软件AUTODYN对球形及不同长径比圆柱形装药冲击波场及其传播过程进行数值模拟,探讨了长径比对圆柱形装药冲击波场的超压区分布影响规律,给出了柱形装药可与球形装药等效的临界距离计算公式;通过对不同形状装药对四边固定方形靶板冲击过程的数值计算,得到靶板中心点的挠度值,结果与试验吻合较好,本文结果可为柱形装药与球形装药等效计算、目标在不同形状装药爆炸冲击波作用下的动态响应问题及装药优化设计提供参考.      

灭火弹爆炸抛撒效应数值模拟与分析

为研究灭火弹中心装药结构对灭火水剂抛撒作用的影响,采用ANSYS/LS-DYNA仿真实验的方法,通过建立柱状装药结构和阶梯状装药结构两种灭火弹仿真模型进行仿真计算,并将两者的计算结果进行对比。分析显示:(1)阶梯状装药结构能使灭火水剂在径向上形成速度梯度,有利于浓度均匀的云雾的形成;(2)阶梯状装药模型中有70%的灭火水剂节点向下朝火焰根部抛撒,用于提高灭火效能,而柱状装药模型中只有50%。     

两种典型形状装药的近场爆炸载荷研究

为了研究装药形状对近场爆炸载荷的影响,采用数值方法分析比较了球形和圆柱形(长径比为1)2种典型形状装药中心起爆情况下的近场爆炸载荷。结果表明:球形装药产生的爆炸载荷分布均匀,爆炸波以球面形式向各个方向传播;圆柱形装药产生的爆炸载荷存在着明显的方向性,爆炸波呈空间十字形分布,爆炸波沿装药轴向的传播速度和超压峰值大于径向;比例距离小于1.1 m/kg1/3时圆柱形装药轴向和径向爆炸载荷大于球形装药;离爆心比例距离小于2.5 m/kg1/3的区域可以视为爆炸近场,装药形状对该区域内的爆炸载荷有显著影响。     

界面对浅层水中爆炸冲击波峰值压力影响的研究

在水中爆炸试验研究的基础上,分析了爆炸冲击波峰值压力随比例水深、炸高、测高变化的规律。研究结果表明,水深对爆炸场冲击波值压力影响较小,炸高影响较大。     

柱形装药在混凝土中爆炸破坏效应数值模拟研究

为研究装药在混凝土中的爆炸破坏效应,利用LS-DYNA对有无预制孔以及预制孔填充土壤3种情况下的半无限混凝土介质中柱形装药的爆炸破坏过程进行了数值模拟研究.通过与实验结果比较,确定了计算模拟方法的有效性.通过数值模拟,定量研究了无填充预制孔、预制孔填充土壤以及无预制孔情况下,混凝土损伤破坏区域的大小.研究结果表明,无预制孔情况下爆腔和漏斗坑尺寸最大,无填充预制孔时最小.比较了3种工况下,同一位置点处质点的抛掷速度.     

浅层水中爆炸直达波压力峰值计算方法探讨

探讨了浅层水中爆炸直达波压力峰值的计算方法。通过理论研讨,提出了浅层水中直达波压力峰值相对无限场中下降的临界时刻。临界时刻之后直达波压力峰值降低的程度用下降系数描述,应用相似理论推导出了该系数随试验设置参数变化的公式模型,用该系数修正库尔压力公式,得出了浅层水中爆炸直达波压力峰值的计算公式。对试验数据进行回归,得到了试验条件下公式模型中各参数的取值范围。计算值与实测值的比较表明,该公式具有一定的精度。     

浅水层与深水区圆柱岛屿的近尾流流动

为对浅水层中圆柱型岛屿绕流的回流特征进行探讨 ,分别求解了 Reynolds平均方程 (相当于深水区圆柱绕流 )和深度平均的浅水方程 ,并采用基于 RNG(renonnalization group)方法的 k-ε湍流模型数值模拟几种工况下岛屿绕流的流动。计算中采用 SIMPL E算法求解方程。计算结果表明 ,深水区岛屿绕流的尾流区的流动结构主要受到 Re的影响 ,而决定浅水尾流流动模式的唯一参数是稳定性参数 S,并且发现 S=0 .45是尾流区涡街向形成稳定的回流区转变的临界值     

爆炸气泡与水面相互作用的数值模拟研究

为探究近水面水下爆炸水幕的形态及形成机理,采用LS_DYNA软件对0.6gRDX球形装药的水下爆炸过程进行了数值模拟. 数值模拟获得的水幕形态、气泡形态及气泡脉动参数等与实验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的正确性. 通过观察气泡与水面之间的速度流场变化过程,分析了速度流场变化与水幕、气泡形态的对应关系,揭示了爆炸水幕的形态演变规律和形成机理. 研究结果表明,不同起爆深度下,气泡与水面之间的相互作用过程差异明显,直接影响了爆炸水幕的形态;径向、垂直喷射水柱的形成均产生于气泡膨胀阶段;水射流的形成与气泡是否破裂无关.     

浅水不规则波的无网格数值模拟

采用基于配点和径向基函数的无网格数值模拟方法,建立数值海洋工程水池,将源点布置在模拟波浪场之外,沿边界布置配点而不是划分网格;对深水不规则波经斜坡过渡后在均匀水深浅水域中传播的过程进行无网格数值模拟和波谱的迭代修正.不规则波的数值模拟结果显示,该方法形式简单、计算速度快、稳定性好.经物理水池的造波实验验证,波浪谱、波浪参数、波浪时历都与实验结果吻合良好,并具有浅水波特征,最终模拟得到的浅水不规则波令人满意.     

三维宽浅河道水流数学模型研究

针对宽浅河道水流的特点,建立了一个基于分层积分降维数值解法的三维浅水紊流数值模型。通过对弯道水流的验证计算,其计算成果和试验值能较好地吻合。笔者等建立的数学摸型特别适合用来解决宽浅河道及河口水流问题。     

二维浅水数值模拟的有限差分MADI法

在贴体平面二维正交曲线网格基础上,采用对交替方向隐式ADI法变量位置分布进行了改进的MADI法对二维水深平均的浅水方程进行差分离散求解,并将这一算法应用于长江南通河段的水流模拟.数值模拟计算结果和实测资料比较结果表明,该算法能较好地模拟复杂条件下天然河道涨潮、落潮水流归槽和流速分布过程.     

细水雾粒度对瓦斯抑爆效果的影响研究

细水雾作为抑爆介质具有高效、环保等优点,受到越来越多的重视。以透明管道为基础搭建了细水雾抑制瓦斯爆炸的实验平台,通过改变喷嘴个数、喷雾压力研究了不同细水雾流量、粒度对瓦斯爆炸上限的影响。根据实验物理模型,进行了细水雾与瓦斯燃烧爆炸相互作用过程的数值模拟。结果表明:随着细水雾粒度变小,瓦斯爆炸上限降低,水雾粒度与爆炸上限呈一阶增加指数关系; 细水雾粒度相对水雾流量在抑制瓦斯爆炸过程中起主导作用,190 μm左右的细水雾粒度具有更好的抑爆效果。研究得出的规律性结论可以为细水雾抑爆技术及装备的研究提供理论基础。     

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.     

二维溃坝问题的高分辨率数值模拟

对二维浅水方程空间方向的差分分裂,引入ＭＵＳＣＬ型的两参数限量函数,采用组合型的二阶ＴＶＤ格式,建立了浅水方程的高分辨率计算模型．以Ｆｒａｃｃｒｏｌｌｏ 等的部分溃坝实验模型为物理模型,模拟了该模型长历时的溃坝洪水演进过程,给出了典型位置的水位和速度计算并与其实验结果的比较．研究表明,在间断波附近,没有产生数值振荡,数值结果与实验数据相比除溃坝初期在口门附近的水位存在一定的差异外,其余位置和时刻吻合较好,特别是计算速度与实验测定值吻合更好．应用二维浅水方程和本文的高分辨率数值方法能有效地模拟溃坝波的演进过程．