超声速飞行器流场的并行数值计算及效率分析

基于有限体积方法、TVD差分格式和显式Runge-Kutta迭代方法的框架,针对超声速/高超声速飞行器绕流流场,在超级并行计算机上完成了2~64个CPU并行数值计算工作。通过测试程序在超级计算机上的并行效率,并将并行程序应用于航天飞机绕流流场计算,检验了计算程序进行大规模并行计算的性能。结果表明,在负载平衡的条件下,程序在该超级并行计算机上达到了不同程度的超线性加速比,并行效率最高达到了126%,远远高于微机Cluster并行平台上的结果,适合复杂流场的大规模并行计算。     

钨铜双金属板热爆炸焊接数值模拟

作为生产钨/铜金属板的主要方法之一,热爆炸焊接具有传统方法所不具备的优势,但在实际生产过程中热爆炸焊接自身存在瞬时性、危险性等缺陷。为研究钨铜双金属板热爆炸焊接机理,以钨/铜金属板为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对其爆炸焊接过程进行了数值模拟。计算并建立了爆炸焊接窗口,对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析,模拟结果与实验及理论计算结果吻合较好。采用SPH法建立钨/铜二维斜碰撞模型,得到了钨/铜爆炸焊接复合板结合界面的波形,模拟结果与实验所得金相界面较为一致。     

一种新型调平装置结构及抗冲击性能研究

针对小型军用装备经机动布设后处于斜坡上使姿态不正确的问题,设计了一种新型的调平装置,经过电机驱动旋转2次后,实现装置对载物面的调平。再以该调平装置为研究对象,用LS-DYNA对装置跌落撞击地面的过程进行了模拟分析,获得了10 m/s, 7 m/s, 4 m/s和0°,10°,20°,30°倾斜姿态对调平装置动态响应的影响规律。结果表明：冲击强度随着跌落速度增加而增大,随着跌落角度的增加而减小。根据分析结果提出优化方案,使调平装置的抗冲击性能得到提升。     

水射流冲击销毁简易爆炸装置仿真研究

利用LS-DYNA有限元软件对不同速度的水射流冲击销毁简易爆炸装置进行了仿真研究,通过压力、反应度等参数分析了炸药的安全性,讨论了简易爆炸装置在水射流作用下的起爆机理;通过冲击位置、孔径、失效单元数等参数分析了销毁过程的有效性。结果表明,炸药与壳体摩擦产生高压区域是导致简易爆炸装置发生爆炸的主要原因;安全销毁简易爆炸装置的水射流速度应小于800 m/s。     

Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接的数值模拟研究

利用SPH-FEM耦合算法及SPH算法对Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接实验分别进行了三维与二维数值模拟,旨在研究多层爆炸焊接过程中动态参数分布情况及结合质量。理论计算了三维模拟中复板的碰撞压力峰值并与模拟结果进行了对比,在此基础上利用振动波及爆轰波的传播规律解释了复板压力分布特性。通过二维模拟获得了基复板波状结合界面,与实验所得波形较为吻合,验证了多层爆炸焊接实验中基复板的结合质量。模拟结果显示了相较于单层爆炸焊接,多层爆炸焊接理论上能够节省近68%的炸药量,有效节约了生产成本。     

多孔翅片对封闭腔内自然对流传热影响的多参数优化

为研究多孔翅片参数对封闭腔内自然对流传热的影响规律,数值分析了腔内热壁面所布置多孔翅片长度l、安装位置s、安装角θ、达西数Da和有效导热系数Ke对腔内自然对流传热的影响。结果表明：当Ra=10⁵,使得腔内热壁面■最大的多孔翅片单参数组合为：l=0.35H、s=0.375H、θ=90°,相比无翅片工况提高了33.3%;当Ra=10⁵,应用响应面法分析多参数影响,获得腔内对流传热效果最优的多孔翅片参数组合为：l=0.44H、s=0.34H、θ=101.72°,相比无翅片工况,热壁面■提高了34.4%;当Ra=10⁵,同一达西数下,热壁面■随着多孔翅片有效导热系数的增大而增大。有效导热系数不变,达西数增大同样强化了腔内对流传热。多孔翅片有效导热系数和达西数对提高腔内对流传热具有协同作用。该研究结果能够为改善工业生产中电子元器件的自然对流冷却效果提供理论指导。     

TKX-50/BTF双组分炸药与黏结剂间界面作用的MD模拟

为改善1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐(TKX-50)/苯并三氧化呋咱(BTF)基高聚物黏结炸药(PBXs)力学性能,筛选合适黏结剂,选取3种高聚物黏结剂氟橡胶(F₂₃₁₁)、氟橡胶(F₂₆₀₂)与直链式酚醛树脂(PF),采用分子动力学(MD)方法模拟计算了TKX-50/BTF/F₂₃₁₁、TKX-50/BTF/F₂₆₀₂与TKX-50/BTF/PF三种PBXs体系的结合能、径向分布函数以及力学性能。结果表明：黏结剂与TKX-50/BTF炸药体系间结合能顺序为：F₂₃₁₁>PF>F₂₆₀₂,TKX-50/BTF/F₂₃₁₁体系最稳定,物理相容性较好;径向分布函数分析可知3种黏结剂与TKX-50/BTF炸药界面间均存在范德华力(vdW)与氢键作用,其中F₂₃₁₁与炸药层间氢键作用最强;3种黏结剂的加入均使PBXs体系刚性减弱,延展性增强,相较F₂₃₁₁与F_260...     

一种地基模拟空间碎片飞行参数测试方法研究

目前地基模拟空间飞行破片试验是空间碎片测试非常重要的一个手段,地基模拟空间碎片飞行参数测试方法是地基模拟空间碎片参数测试的一个重要技术支撑。针对毫米级地基模拟空间碎片测试难题,提出了一种测速精度高、可靠性好、可视化测试结果且成本较低的测试方法。通过地基模拟空间碎片飞行试验,实现了对速度4 000 m/s、径向尺寸2 mm碎片影像冻结,相机距离破片飞行弹道垂直距离为400 mm,拍摄视场为600 mm×400 mm。在一幅图像上获得了碎片2个瞬时运动影像,直观反映了碎片的形貌特征,并对模拟空间碎片飞行参数进行了计算,并通过对比试验与该测试方法测试结果进行对比,证明该测试方法可以作为地基模拟空间碎片飞行试验的测试手段。     

多喷管超声速射流噪声的实验及数值模拟研究

为分析多喷管超声速燃气射流的噪声特性,对四喷管射流进行了实验和数值模拟研究。数值仿真采用大涡模拟结合Ffowcs Williams&Hawkings声学模型计算四喷管射流噪声,并与实验测量的噪声结果相对比以验证数值计算方法的可靠性。结果表明,仿真结果与实验结果变化趋势一致,其中远离地面的测点的总声压级与实验值相对误差为1.2%左右,验证了所采用的数值方法可准确预测多喷管超声速射流噪声;在高度欠膨胀状态下,四喷管的四束射流间存在相互干扰,并在四束射流合并后流动迅速转变为湍流状态;射流下游的大尺度湍流混合噪声是四喷管射流噪声的主要来源,总声压级沿射流方向最大。研究结果可为超声速喷管及其降噪方案设计提供参考。     

矩形坑道内爆炸冲击波压力仿真计算及试验验证

针对坑道试验爆轰波传播进行研究,通过数值模拟手段获取不同爆心距处坑道侧壁超压时程曲线,并通过试验手段,验证了数值模拟模型正确性。对比数值模拟结果和试验数据,发现坑道试验将混合装药等效TNT质量后,数值模拟超压峰值与实测误差范围为8.49%～25.49%,在距爆心15 m外数值模拟误差较小;等截面坑道内,爆轰波在近爆心处峰值超压相差较为明显,反映近爆心爆轰波较为紊乱。随着距爆心越远,等截面处峰值压力趋于一致,表明爆轰波呈稳定传播状态。研究结果表明,坑道内爆试验将混合装药等效为TNT当量,采用数值模拟研究坑道不同位置峰值超压方法可行性,为坑道试验超压测试传感器量程、规格选择提供理论指导,为坑道内侵爆类弹药爆炸毁伤效应评估等提供支撑。