浅水爆炸特性数值模拟研究

为对浅水爆炸的荷载特性进行研究,首先采用LS-DYNA建立的浅水爆炸三维数值模拟模型对浅水爆炸的冲击波传播与气泡脉动进行了模拟,通过与经验计算公式对比验证了模型的可信性;然后,对浅水爆炸的荷载特点和分布规律进行了分析,并初步探究了水面及水底的影响规律,得到如下结论:LS-DYNA可实现浅水爆炸的有效模拟,模拟结果符合理论形态,且计算得到的荷载峰压和比冲量等特性参数与经验公式吻合良好。浅水爆炸荷载峰压在冲击波传播阶段出现,气泡脉动阶段荷载的比冲量则明显高于冲击波传播阶段,在浅水爆炸毁伤效应研究中,以上两个阶段均需考虑。炸药起爆深度附近及其以下水域为浅水爆炸荷载的主要作用区域。水面反射稀疏波和水底反射冲击波的峰压和衰减时间与冲击波相近;随着爆深增加,反射波对水面及水底附近位置影响增大,对水域中间位置的影响先减小后增大。     

不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟

采用有限元程序MSC.Dytran对不同边界条件下水下爆炸气泡的脉动过程进行了数值模拟。对数值模拟中的一些重要问题,如炸药药包的建模、网格密度、状态方程和静压力场的设定等问题进行了探讨。对无限水域中的水下爆炸气泡以及自由面边界、水平刚性面边界和垂直刚性面边界三种边界条件下的水下爆炸气泡进行了数值模拟,分析了水下爆炸气泡的半径、外形变化、气泡脉动压力、流场中的速度分布,结果发现边界的存在对气泡外形的影响较大,刚性边界面会使气泡脉动压力增大较多,而自由面边界对气泡脉动压力的影响较小。将数值模拟的结果与理论模型、经验公式和试验结果进行了比较分析,结果吻合较好。     

空投UUV入水冲击有限元仿真

空投无入水下航行器(简称UUV)在入水的过程中,会受到水的强烈的冲击作用.掌握UUV在不同工况入水时所受冲击力的情况,对研究空投UUV壳体强度设计和安全入水方法都有着非常重要的作用.建立了UUV入水有限元仿真模型,并利用MSC.Dytran对UUV在多种工况下入水时所受冲击力的情况进行了计算.仿真结果表明,随着入水速度...     

变壁厚金属管在发射筒缓冲装置中的应用研究

利用MSC.Patran和MSC.Dytran有限元分析软件对某缓冲装置中所应用的受轴向冲击的变壁厚金属吸能圆管进行了仿真计算,得到了压缩过程中的冲击力与吸能量.并通过落锤冲击实验得到实际中吸能圆管在压缩过程中的冲击力与吸能量.结果表明,仿真与实验结果吻合较好,吸能圆管在压缩过程中的冲击力与吸能量符合预期.     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

改进的固定边界上方气泡射流方向判定准则

前人应用开尔文冲量理论得到了判断固定边界上方气泡射流方向的Blake准则,但其预测精度在特定参数范围内不足。为此,通过考虑气泡内压力变化并引入边界效应,提出了改进的气泡射流方向判断准则,使用边界元方法模拟结果对其进行验证,比较了改进模型与传统Blake准则的预测结果,并分析了无量纲强度参数对改进模型预测结果的影响。研究表明,改进的模型比传统Blake准则具有更高的预测精度。改进的理论模型能够为水下爆炸、海底资源勘探等领域提供理论参考。     

数值模拟金属靶抗侵彻中的网格密度影响研究

在数值模拟中,有限元网格的数量对计算结果和计算成本都有较大的影响。采用MSC.Patran建立了弹体侵彻金属靶板的计算模型,并利用MSC.Dytran对所建模型进行了计算;结合相关的理论,对不同网格密度划分的有限元模型的计算结果进行了分析,并和实验进行了对比,得到了数值模拟弹体侵彻金属装甲中靶板的最佳网格数量。当网格无因次量μ=0.10时,所得到的数值模拟结果与实际吻合得较好:当厚度方向的网格数取为12个时,文中所采用的模型能较好地模拟弹体对靶板的侵彻效果。     

水下发射循环管路系统水动力性能的仿真分析与验证

为了控制闭式循环管路系统内高压水的脉动规律、降低水下发射系统的瞬态发射噪声,需对水动力进行准确的建模和分析。首先,模型中引入了活塞运动加速度项,采用一维解析方法建立了管路系统的水动力模型;然后,运用该模型分别对活塞运动低、中、高三种不同速度工况进行了仿真计算分析,得到了发射过程中不同特征测点处流体脉动压力曲线,并与假海试验平台原型样机模拟发射实验的测量结果进行了对比,结果表明二者吻合较好,由此验证了水动力模型的正确性与通用性。     

水下近场非接触爆炸载荷作用下加筋板毁伤变形的数值仿真研究

采用高动态非线性有限元程序MSC.Dytran对复杂加筋板结构在水下爆炸载荷下的动态响应和变形模式进行了仿真分析和模型试验,建立了复杂加筋板架结构水下爆炸作用下动态响应的有限元计算方法.研究了加筋板在水下爆炸载荷下的不同毁伤形式,并利用有限元程序对复杂毁伤形式进行了瞬态毁伤过程分析,认为一定药量近距离爆炸时局部破坏要先于整体破坏.     

环肋圆柱壳模型在水下爆炸响应试验中的边界条件

为验证试验研究中环肋圆柱壳模型的边界条件,运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN分别设置3种边界条件,对试验过程进行了数值仿真研究。壳体塑性变形的仿真过程显示,迎爆面中部首先变形,随后侧爆面和背爆面相继变形,壳体最终形成数个凸凹相间的轴向凹凸带,最大塑性变形发生在迎爆面中心肋位。壳体塑性变形的仿真计算结果与试验结果的对比结果表明:固支边界条件符合试验实际情况。该结论适用于试验研究中模型边界条件的确立。     

垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究

为研究垂直边界面对水下爆炸气泡脉动的影响,根据势流理论建立了垂直边界面条件下水下爆炸气泡运动的理论模型,编制计算程序进行求解。对水下爆炸气泡脉动运动的特点、流场的速度及压力的分布、气泡引起的载荷形式进行了分析,结果表明,此模型能够反映水下爆炸气泡和周围流体介质的运动规律,并能进行定量的计算。     

超声速欠膨胀冲击射流数值模拟

超声速欠膨胀冲击射流有着重要的实际应用价值,如S/TOVL飞行器、火箭发射、除尘等。其流场结构复杂,包含间断激波、反射激波、马赫盘、滞止泡以及冲击平面传热不同于亚声速冲击射流的特点。为了分析超声速欠膨胀冲击射流流场和传热,采用有限体积法,结合k-l湍流模型以及二阶精度的TVD格式进行数值模拟:对比实验和k-ε湍流模型的努赛尔数,得出k-l湍流模型在传热问题中更具优势;对比阴影图和计算密度云图以及对比冲击平面压力系数的实验值和计算值,验证了k-l湍流模型模拟超声速欠膨胀冲击射流流场的合理性;采用k-l湍流模型研究3种冲击高度(3D,6D,10D),3种压比(2.0,3.4,4.4),3种喷管总温(493 K,591 K,580 K)下,冲击平面温度分布。数值研究结果对分析超声速欠膨胀冲击平面的烧蚀有一定的指导意义。     

二维可压缩流动抽吸流量模型及验证

根据超声速与亚声速流动的特征,依据Prandtl-Meyer膨胀波理论,根据背压与来流静压确定膨胀波后的马赫数,获得了质量抽吸流率,并导出了壅塞发生的条件,建立了二维超声速抽吸模型;根据冲量定理,假定气体从主流区域到抽吸腔流态的变化是由于压差的冲量作用,建立了亚声速抽吸模型,并且进一步阐述了亚声速抽吸壅塞发生的机制。计算流体力学验证表明亚声速抽吸冲量模型的偏差较大,因此通过数值拟合模型来描述亚声速抽吸流动。该研究为三维抽吸研究提供了参考。     

柴油机曲柄连杆机构冲击动力学分析

分别利用MSC.DYTRAN和MSC.ADAMS软件建立了某型柴油机包括曲轴系、活塞组、连杆组及飞轮在内的冲击动力学模型,考虑了惯性力、气缸压力和反扭矩的影响,并利用运动副和接触单元对结合部的实际情况进行了模拟.在此基础上.基于德国BV043/73舰艇抗冲击标准对曲柄连杆机构进行了冲击响应分析,着重研究了曲轴和连杆的冲...     

薄壳结构跌落冲击仿真与试验研究

为了验证薄壳结构跌落冲击问题动态数值仿真的方法途径,设计制作了带有配重的薄壳结构,测定了材料主要力学性能,利用非线性有限元软件对该结构进行单次和累积结果的多次跌落冲击数值仿真,并进行了验证试验。对该结构的跌落冲击过程、典型位置的加速度响应、塑性变形的仿真、验证试验结果进行了对比分析,结果表明：采用的数值仿真方法和途径能够较好地研究分析薄壳结构的跌落冲击及其他同类问题。     

碘坑仿真研究

进行了船用堆停堆后碘坑情况的仿真,并和点堆模型计算数据进行了对比.结果表明,用三维双群堆芯物理计算模型对碘坑下启动进行实时仿真,比采用点堆模型更能满足工程仿真的精度要求,适用于碘坑仿真计算.     

空间飞行器非共面机动策略研究

非共面机动问题是航天领域的经典问题,寻找轨道面变换的最优机动策略是研究的重点.对低轨道冲量变轨、高轨道冲量变轨和低轨/高轨冲量变轨的轨道面变换策略进行研究,建立了具体的轨道变换模型,运用遗传算法寻找到了最省燃料的轨道面变换策略.通过仿真,该机动策略相对其他2种能明显降低燃料消耗,实现轨道面的变换.     

舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。     

柴油机缸盖冷却水腔内沸腾传热研究

基于Chen模型和BDL模型研究了柴油机模拟冷却水腔内的沸腾传热,并与试验结果进行了对比分析,验证了模型的适用性。将此模型应用于实际柴油机缸盖及冷却水套内的耦合传热计算,同时对考虑与不考虑沸腾时的计算结果进行了对比分析。结果表明:沸腾传热可以提高冷却水套的传热效率,并降低局部高温区域的温度及柴油机气缸盖内的温度梯度;在考虑沸腾时,仿真计算结果与试验结果的误差更小;BDL模型比Chen模型计算精度更高。     

内爆炸坑道中冲击波冲量试验

为获得内爆炸情况下坑道中冲击波冲量的传播规律,进行了坑口内装药比例模型坑道爆炸试验.模型坑道为等截面钢筋混凝土直墙圆拱结构,截面积为0.67 m2;TNT炸药的装药量范围为400～800 g.用压力传感器记录了坑道中的冲击波波形,分析了实测的冲击波波形和冲击波冲量的传播规律,由实测数据拟合出了冲击波冲量沿着等截面直坑道传播的工程经验公式.算例分析表明,提出的冲击渡冲量工程经验公式具有一定的应用价值.