非理想炸药水中爆炸载荷相似律数值仿真

为研究不同尺度非理想炸药水中爆炸载荷的相似性,采用LS-DYNA软件的S-ALE算法,构建了基于JWL-Miller状态方程描述的非理想炸药水中爆炸载荷数值计算模型;利用典型试验数据对计算模型参数进行了标定,匹配设置了典型RDX基非理想炸药的JWL-Miller状态方程参数;通过不同尺度炸药在不同水域环境条件下的爆炸过程模拟,分析了爆炸载荷特征参数的相似性。结果表明,影响非理想炸药水中爆炸冲击波压力峰值相似律的主要因素是其自身的非理想特性;水域环境因素(如自由面及静水压力梯度等)会对气泡脉动周期与半径的相似律产生较大影响。对于15%允许误差范围的工程仿真而言,0.53~5.30 m/kg 1/3比例距离(约10~100倍炸药半径)范围内,非理想炸药自由场水中爆炸载荷参数相似律可近似满足,与理想炸药的相似律特征基本一致,工程可用。基于JWL-Miller状态方程统一参数描述的非理想炸药默认其后燃反应是稳定且完全的。在实际中,由于水下非理想炸药受到复杂的化学反应动力学的控制,几何尺寸效应仍有可能导致非理想成分释能过程的较大差异,因此,精细化数值仿真需要针对不同比例距离或不同尺度模型来匹配不同的Miller模型参数,爆炸载荷相似律也可能在更有限的尺度范围内成立。

砂土爆炸成坑离心模型试验相似律研究

传统弹坑相似律存在适用性和有效性不足的问题,且爆炸成坑离心试验中的科氏力作用尚不明确。开展了砂土中的触地、浅埋爆炸成坑离心模型试验,探究不同重力加速度、药量和埋深工况下的爆炸成坑规律。推导了浅埋和触地爆炸弹坑相似律,给出了弹坑半径公式。对离心模拟爆炸成坑过程中的科氏力作用进行了定量分析和数值模拟。研究结果表明:提出的弹坑相似律能够适用于触地和浅埋爆炸工况,并针对干砂中的离心机试验和常重力试验弹坑数据取得了良好的归一化结果。科氏力主要通过改变土体抛掷回落运动轨迹来影响最终的弹坑形态,浅埋爆炸成坑试验中明显观察到科氏力的影响,弹坑轮廓向着离心机转动方向偏移;触地爆炸弹坑则基本不受科氏力影响。使用更大半径的离心机设备以及在更高离心加速度下开展试验可以显著减小科氏力引起的弹坑偏移误差。研究结果对爆炸成坑效应的离心物理模拟技术和理论分析提供了参考和依据。

考虑材料应变率效应的冲击响应模型相似律研究

目的研究考虑材料应变率效应的冲击响应模型相似律,获得一个能够综合材料弹塑性和应变率效应的精确相似解,支撑工程领域的模型试验。方法根据BuckinghamП定理,综合考虑材料的弹性、应变硬化和应变率效应,进一步推导了工程结构在冲击响应的模型相似律表达式。在此基础上,提出改变结构质量和冲击器速度来满足模型相似律的方法。结果相比最近冲击模型相似律的研究中存在近似相似、迭代求解的缺陷,该方法是一个显式、完全精确的相似解,并且能够同时考虑材料的弹性、应变硬化和应变率效应。采用圆板撞击的有限元数值模型进行了验证。结论推导出的模型相似律能够准确地预测原型的动态冲击的响应。相比而言,使用以往的相似方法具有明显的误差。

不同航速下SUBOFF流噪声频谱相似律研究

研究流噪声与航速关系可以有效地解决高航速水下航行器流噪声预报的难题。基于Lighthill声类比理论,研究缩尺比为1∶24的SUBOFF模型在特定航速范围内的声源特性,得到了流噪声频域结果与航速关系,给出了不同航速下基于斯特劳哈尔数和航速关系的流噪声频谱换算方法。研究结果表明,随着航速的提高,SUBOFF声指向性形状基本不变,低频范围内声辐射具有偶极子特性,辐射声功率的大小与航速的6次方成正比。在同一流场模型下,基于偶极子换算关系下的高航速原型预报值和大涡模拟计算值总声功率级和总声源级误差分别为1.2 dB和2.3 dB。

远距离爆炸荷载作用下钢框架几何相似律研究

根据Π定理推导了远距离爆炸荷载作用下钢框架原型结构与缩比模型的几何相似律表达式。基于已有的钢框架子结构爆炸实验,采用AUTODYN建立了钢框架子结构数值模型,验证了流固耦合方法在结构爆炸响应分析中的可靠性。在此基础上,对比了流固耦合方法和解析爆炸边界方法在钢框架远距离爆炸数值模拟中的准确性和计算效率,结果表明,解析爆炸边界方法可以合理地模拟远距离爆炸荷载作用下钢框架的动态响应,且计算效率较高。最后,采用该方法分析了具有不同相似比的两层三跨钢框架结构在远距离爆炸荷载作用下的动态响应及毁伤效应,结果表明:该结构的动态响应和毁伤效应符合几何相似规律。

TNT空中爆炸超压的相似律

利用高分辨率、高精度试压系统测定了静爆试验中不同装药量TNT的冲击波超压。依据试验数据,提出了描述冲击波超压峰值与比例距离关系的改良经验式,并与试验数据和文献值进行了对比分析。结果表明,系统的相对偏差小于5.3%,与文献数据相对偏差的平均值为5.61%,拟合的新公式可应用于战斗部爆炸威力评估和理论计算。

水力侵蚀调控物理模拟试验相似律的初步确定

针对目前水力侵蚀调控模拟试验相似律研究中存在的问题,利用流体动力学及相似论的基本原理,探讨了黄土高原小流域水力侵蚀特点,确定了水力侵蚀模拟相似遵循的基本相似准则和比尺关系。分析及验证结果表明,黄土高原小流域沟道暴雨侵蚀水力输沙运动多数情况仍可视为紊流运动,遵循紊动水流输沙方程;侵蚀模拟试验不但需要满足几何相似、同时必须满足运动相似和动力相似;小流域水力侵蚀模拟应满足的基本比尺关系为几何相似、降雨相似、水流运动相似,侵蚀产沙运动相似、床面变形相似及土壤水运动相似等。

黄河水库泥沙模型相似律的初步研究

本文在黄河河道泥沙模型相似律研究的基础之上 ,针对黄河水库泥沙模型的特点 ,论证了时间变态的影响及异重流运动相似条件 ,通过三门峡水库泥沙模型试验的验证 ,提出了黄河水库泥沙模型相似律。

燃料抛散过程中的相似律

研究中心抛散装药与燃料空气炸药装置尺度的相关性 ,应用量纲分析方法 ,建立燃料抛散过程的相似律 .给出燃料抛散径向运动加速阶段、减速阶段的相似准则 .为燃料空气炸药装置中心装药设计提供了依据 .燃料空气炸药装置尺度增大时 。

不同量级TNT爆炸冲击波参数相似律实验研究

为研究不同量级的TNT装药爆炸冲击波参数相似律,开展了四种药量TNT静爆实验,获取了不同爆距地面测点的压力-时间曲线,得到了峰值超压、正压作用时间和正压冲量等冲击波参数,并与文献值进行了对比分析。结果表明,冲击波参数均满足爆炸相似律,当比例距离小于3时,实验数据统计规律较差。通过拟合,得到了适用公斤级到百公斤级TNT爆炸的冲击波参数经验公式。

舰船局部板架结构在水下爆炸冲击波下动态响应的相似律研究

首先分析舰船局部板架结构在水下爆炸冲击波作用下的结构吸能机理。在此基础上确定了影响结构最终塑性变形的相关物理量。利用Π定律对该问题进行相似分析。针对是否计及材料应变率强化效应的两种情况,提出了模型和原型的相似条件,并对考虑应变率强化效应时利用模型预报原型最终塑性变形的误差和影响因素进行了分析。结论可以用于指导舰船局部板架在水下爆炸冲击波作用下动态响应的模型试验,进而预报实船结构的最终塑性变形。

一种基于声相似律的旋转流体机械噪声声源分离方法

针对管道系统中的流体机械发声问题,提出了一种声源函数与声响应函数的频谱分离方法。该方法以声相似律为基础,分别采用最小均方值多重线性回归方法和高斯滤波获得声源函数和声响应函数。通过算例验证了该方法的有效性,辨识得到的声源函数和声响应函数的相对误差均远小于现有方法。利用该方法分析了自由空间和带管道两种安装条件下轴流风扇的辐射噪声,辨识得到了相应的声源函数、声响应函数和叶尖速度律指数,并对风扇的主要噪声成分进行了分析。

平原细沙河流动床泥沙模型试验的模型相似律及设计方法

在平原细沙河流的动床模型设计中 ,只考虑推移质运动的相似是不正确的 ,主要应考虑悬移质运动的相似 ,并且可以只考虑悬移质中床沙质运动的相似 .以相似函数形式表达的分段起动流速 (8)～ (11)式 ,可用以计算确定模型沙的粒径 ,使泥沙粒径的模拟符合相似理论的基本要求 ,从而提高其可靠性 .应用文中提出的模型相似律及模型设计要点 ,进行了长江八卦洲宝塔水道挖槽淤积动床模型的设计及试验 ,取得了地形冲淤验证试验的相似 。

坑道内爆炸冲击波相似律问题探讨

为研究坑道内爆炸冲击波相似律问题,进行了不同药量坑道堵口爆炸实验,并利用ANSYS/LSDYNA软件对原型坑道与模型坑道爆炸冲击波进行数值计算。结果表明：与自由大气中不同,同一坑道内不同药量爆炸产生的冲击波不符合爆炸相似律;若原型坑道与模型坑道几何相似,装药量之比为几何相似比的三次方,则原型坑道与模型坑道内爆炸冲击波符合爆炸相似律;坑道内爆炸冲击波数值模拟时,若原型坑道与模型坑道网格尺寸符合相应的几何相似比,则冲击波计算结果满足相似律,当坑道截面网格密度为1675~2977时可以达到计算精度要求。

爆炸成型弹丸侵彻相似律的数值模拟研究

利用相似理论分析了爆炸成型弹丸侵彻钢靶过程的相似参数,建立了爆炸成型弹丸侵彻钢靶的相似律关系。在此基础上以球缺型爆炸成型弹丸为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA对满足模拟比的爆炸成型弹丸侵彻钢靶的过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明,模拟弹与原型弹的成型符合相似律,其对钢靶的侵彻深度也满足模拟比。因此,侵彻相似律在爆炸成型弹丸侵彻研究中是成立的。

工程爆破模拟试验的相似律

介绍了工程爆破小型模型模拟试验的相似律 ,并利用量纲分析的因次分析法 ,推导了水压爆破和地下深孔爆破模拟的相似律 。

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律。在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系。将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实。

船体梁在近距爆炸冲击波作用下动态响应的相似律研究

以船体梁在爆炸冲击波作用下发生整体塑性运动响应的理论方法为基础,首先确定了影响梁整体结构最终塑性变形的相关物理量,利用定律对该问题进行相似性分析,给出相似参数和准确相似条件。研究了考虑结构应变率强化效应造成的相似畸变问题,分析了模型缩比尺度、模型应变率大小以及不同结构材料对相似误差的影响。研究发现:随着缩比尺度的减小,或结构应变率响应值的增大,预报误差将增大;所用结构材料的应变率敏感度越高,模型预报原型的误差越大。结论可用于指导船体梁在水下爆炸冲击波作用下动态响应的模型试验设计。

混凝土靶高速侵彻的率相关相似律研究

为更合理设计混凝土靶抗侵彻相似试验,以混凝土材料的粘塑性本构关系为基础,根据相似理论,建立了卵形弹高速侵彻混凝土靶时相似律的一般形式。同时,结合工程计算方法,对其进行深入的分析。结果表明:考虑应变率影响时其几何相似律是不成立的,而且在缩尺比较大时,几何相似律偏离愈加明显,这是因为混凝土的应变率效应使得相似律发生了平移和偏转。通过对计算结果的分析和拟合,得出对原几何相似律进行修正的公式。

船舶通气气泡减阻相似律的研究

提出了船舶通气气泡减阻相似律以及除傅劳德数Fr和雷诺数Re外的第三个相似判据——气体流量系数Q,因此总阻力系数和减阻率可表达为Re,Fr和Q的函数。这些结果可以应用于模型试验的分析和实船性能的预报。文中给出的气泵参数计算公式则可应用于气泵的设计。