高空核爆炸晚期核电磁脉冲的数值模拟研究

根据高空核爆炸晚期核电磁脉冲(E3)的产生机理,将E3的计算分解为大气电离、碎片云运动、大气等离子体运动和低频电磁场在等离子体中的传播4个过程,给出了E3的数值模拟方法。利用该方法模拟了美国Starfish试验的E3过程,通过与试验观测地磁数据的比对验证了该方法的正确性。对离子的能量沉积分析结果表明,爆心正下方存在大气等离子体火球,能量峰值约为175 km,此火球向下膨胀导致地磁场增强,向上运动导致磁场变弱。该结果解释了Starfish试验地磁扰动波形的变化机理,与原有解释机理相比,无需引入额外的假设。

基于BP神经网络的爆炸用激波管峰值压力预测方法

针对爆炸用激波管缺乏相应的经验公式和数值模拟时效性差的问题,同时为了快速得到激波管内的峰值压力,建立预测爆炸用激波管试验段峰值压力的四层反向传播(back propagation,BP)神经网络。采用数值模拟方法计算激波管试验段峰值压力,计算结果与激波管爆炸试验结果进行对比,平均相对误差为2.69%。证明激波管数值模型的准确性后,将数值模拟得到的195组激波管测得的峰值压力作为输出层,激波管驱动段TNT的药量、药柱的长径比以及爆炸比例距离作为神经网络的输入层。为了加快神经网络迭代速度和提高预测精度,使用自适应矩估计(adaptive moment estimation,ADAM)算法作为神经网络误差梯度下降的优化算法。结果表明,训练好的神经网络得到的预测结果与模拟值基本吻合,预测结果与数值模拟结果的平均相对误差为3.26%。BP神经网络模型能够反映激波管爆炸的峰值压力与影响因素之间的映射关系,采用BP神经网络模型计算时比数值模拟节约了大量运算时间。

基于物理模型分析与深度神经网 络融合的爆炸流场实时模拟方法

爆炸流场预测研究是爆炸安全性分析重要的组成部分,当前基于物理模型的CFD模拟已成为复杂空间环境下爆炸场景定量分析的首选工具,然而其计算效率较低,无法支持实时应急响应。借助基于机器学习(Machine Learning,ML)算法的代理模型可以有效缩短定量分析周期,但可供算法学习的数据量少是该项技术在化工事故后果分析中应用所面临的主要问题。因此,将物理模型分析与深度神经网络相融合,通过数据集构建、数据降维、数据回归和数据生成4个步骤,最终构建高效的卷积变分自编码器(Variational Autoencoder with Deep Convolutional Layers,VAEDC)与多层前馈神经网络(Multi-layer Forward Neural Network,MFNN)混合模型,用于实时预测区域爆炸压力场。基于特定区域,根据定义的算法输入与输出,利用CFD技术对各种爆炸过程进行模拟以获得大量的数据;基于CFD模拟数据,利用VAEDC将区域压力场的高维特征降维为隐空间变量,利用MFNN拟合爆炸相关参数、流场观测时刻与隐变量的映射关系,并以储罐区为例进行建模分析。结果表明,所建模型预测结果的平均误差为12.8%,单次预测平均耗时0.0142 s,VAEDC与MFNN混合模型可以快速准确地预测特定条件下任意时刻的爆炸压力场。

爆炸挤压粘土密度变化过程的数值模拟

一种新型爆破工艺 ,需要采用不可压缩介质作垫层 ,利用炸药的爆炸作用对粘土进行挤压 ,形成地下空间。为了分析爆炸挤压后土体参数的变化规律 ,建立了爆炸挤压垫层和粘土的力学模型及数值方法。通过计算 ,得到爆炸作用下粘土密度变化的分布和爆炸空腔的发展过程。

孔深影响爆炸应力波特性的数值分析

炮孔深度(装药长度)是影响岩体中爆炸应力波特性的因素之一。利用所编制的有限差分程序SMMIC计算了单自由面条件下,垂直炮孔爆炸应力波的传播过程。计算表明,炮孔深度(装药长度)增大,爆炸应力波峰值随距离的衰减指数减小。在算例中,4 m和2 m孔深的爆炸应力波峰值随距离的衰减指数分别为1.35和1.56。

挡墙对远场爆炸效应影响的数值模拟研究

采用二维多流体网格法,对有防护挡墙的爆炸形成的空气冲击波作了计算分析,考虑了防护挡墙距爆心不同距离时,爆炸冲击波对远场的作用及其影响。

炸药驱动惰性颗粒运动过程数值模拟研究

利用炸药将细小惰性金属颗粒抛洒并形成具有大动能的金属颗粒群是一种特殊的毁伤模式。在装药及其作用机理研究中,对颗粒运动过程和抛洒范围等重要参数的研究具有重要意义。主要对炸药驱动直径710μm的球形钨颗粒的运动过程进行了的数值模拟研究。通过模拟得出了颗粒的抛洒初速。基于对不同装药比及颗粒层数等情况的模拟分析,讨论了装药比对颗粒初速的影响,以及不同颗粒层间颗粒运动的差异。最后基于颗粒在空气中的运动模型,分析了颗粒的抛洒范围。

自由面条件影响爆炸作用的数值模拟

在立井掘进爆破中 ,工作面通常有积水。本文利用有限差分程序sMMIC分析了工作面积水对爆炸作用的影响规律。计算表明 ,工作面积水 。

FAE炸药跌落撞击安全性数值分析

提出了冲击载荷作用下燃料空气炸药(FAE)的三相混合物材料模型.在模型中,FAE炸药被模型化为具有一定的微观结构,其液体组分及气体组分填充于金属固相颗粒互相搭结构成的骨架孔洞内.另外,材料模型中引入了气体的绝热压缩模型,使得整个模型可以给出在冲击加载条件下FAE炸药中各组分的应力状态及温度场,从而为合理地判定FAE装药的安全性提供了条件.FAE三相混合物材料模型作为用户自定义子程序嵌入到动力学程序AUTODYN中.最后,应用FAE炸药材料模型对某FAE战斗部从20 m高处垂直跌落至钢质地板的撞击过程进行了数值模拟.基于FAE装药在这种跌落撞击过程中的应力和温度状态,对其安全性进行了评价.

单自由面垂直炮孔爆炸作用的数值模拟

为了考查无空孔直眼掏槽爆破参数 ,采用数值模拟方法研究单自由面垂直炮孔的爆炸作用问题。数值模拟结果表明 ,在堵塞条件一定时 ,单自由面垂直炮孔爆破漏斗与装药长度无关。对于本算例所选取的炮孔参数、装药参数和岩石参数 ,爆破漏斗深度约为1～ 2m ,是孔径的 2 5～ 5 0倍。

大尺寸坑道气体爆炸试验状态控制数值仿真

真实管廊尺寸或大尺寸气体爆炸试验是研究城市管廊气体泄漏爆炸事故最直接有效的方法,为使该类试验的设计更加科学有效,通过对坑道甲烷气体泄漏爆炸试验进行等尺寸的数值仿真,探究了坑道内甲烷气体泄漏及静置过程中甲烷分布的时空规律,提出了相关参数,以有效地定量表征三维空间内甲烷气体分布的不均匀程度,并研究了坑道内甲烷气体分布的不均匀程度控制方式,以及其对气体爆炸燃爆参数的影响。

冲击波作用下变形壁面载荷的提取及其研究

为使防地雷等特种车辆研发过程中的仿真计算过程更加真实,提出一种壁面载荷的提取方法。该方法通过分割拼接的方式提取出发生大变形界面上的壁面载荷,载荷呈现上升缓慢、下降缓慢且衰减段平滑的特点,将所得载荷解耦加载后所得变形结果与耦合计算所得结果误差约为1%,与放大的冲击波载荷、固壁面载荷加载结果相比,准确性提高了5~10倍;改变结构尺寸等参量,对载荷可能的影响因素进行研究,发现载荷特征与结构壁面厚度、半径、壁面距爆源之间的距离相关,且受爆源与界面之间间隔距离影响最为明显。

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 。

爆炸冲击波绕流的数值模拟研究

目的 研究二维爆炸场中爆轰产物和空气冲击波绕流的物理机制方法 基于多物质流体的Euler型算法,对爆轰产物采用JWL状态方程,自行编制了SMMIC通用程序结果 通过大量的计算工作,得到了在爆炸点周围有和无防护挡墙的二维爆炸场的初始发展过程和绕过障碍物的情况结论 计算结果基本符合冲击波绕过防护挡墙的物理现象和规律,说明该物理模型和数值算法较为合理。

巷道救生舱抗冲击数值仿真

基于辅助设计软件Hypermesh与有限元计算软件LS-DYNA,对某简单钢结构救生舱体在冲击载荷作用下的动态响应进行数值模拟。舱体单元的最大位移与压力增大时间成存在极小值的负指数衰减规律,并随超压作用时间成存在极大值的指数增长规律,进行数值仿真检测时不能忽略压力载荷时间参数的影响。环向加强筋的厚度从8 mm增大到14 mm时,舱体单元最大位移减小3 mm;轴向加强筋从8 mm增大到14 mm时,舱体单元最大位移仅减小0.9 mm,说明环向加强筋对减小救生舱表面位移、提高救生舱的抗冲击能力起主要作用。

一次引爆燃料空气炸药及其爆炸效应研究

本文讨论了一次引爆燃料空气炸药分散爆轰原理 ,通过一次引爆燃料空气炸药爆炸空气冲击波、地震波、宏观目标毁伤及高速运动分析系统实验观测 ,分析了一次引爆燃料空气炸药组分在分散爆轰过程中的作用 .分析和实验结果表明 ,液体炸药组分比例应大于某一临界值 ,这一临界值必须保证液体炸药组分在一次引爆燃料空气炸药混合燃料细观结构内形成通路 .一次引爆燃料空气炸药的液体有机燃料组分超过临界比例在分散爆轰中不可能发挥出应有的作用 .

中心药量对燃料的抛散作用

通过燃料抛散过程的高速运动分析系统观测 ,分析燃料抛散物理过程的不同阶段 ,阐述了中心药对燃料的抛散作用。研究结果表明 ,燃料抛散过程可以分为加速运动阶段、减速运动阶段和湍流运动阶段。在一定范围内 ,燃料抛散的最终云雾半径与 FAE装置中心药量无关 ,它取决于燃料抛散的加速运动阶段和减速运动阶段。在这两个阶段中 ,燃料分散主要发生在径向。燃料分散的过程与中心药量密切相关。

基于量纲分析的爆炸冲击波作用后钢化玻璃碎片质量分布规律研究

为研究爆炸冲击波作用于钢化玻璃产生碎片造成的次级毁伤效应,开展了钢化玻璃毁伤效应试验,进行了碎片质量分布统计。通过整理分析试验数据,得到了每发次试验碎片质量在不同飞散距离的试验统计结果。利用量纲分析,推导了碎片质量与飞散距离的无量纲函数关系式。基于该关系式,结合试验统计结果,利用最小二乘法拟合得到了碎片质量与飞散距离的半经验预测公式,并分析了公式的特点,验证了预测公式的合理性。研究结果表明,对于相同厚度的钢化玻璃,在相同破坏模式下其碎片质量分布规律一致,满足相同的分布规律预测公式。

钢化玻璃冲击波毁伤效应测试结果分析

为研究爆炸冲击波对钢化玻璃的毁伤阈值,开展了钢化玻璃冲击波毁伤效应实验。对每一发实验进行了爆炸参数测试,获得了冲击波超压随时间变化历程的实验数据。通过对实验数据的处理与分析,得到了爆炸冲击波基本参数,包括正反射超压、冲击波到时、正压作用时间、正反射冲量、负反射超压、负压作用时间和负反射冲量等。将实验结果与CONWEP计算结果进行了比较,比较结果表明二者误差很小,证明冲击波测试结果准确可靠。对冲击波正负反射参数进行了比较,结果表明冲击波正反射参数明显高于冲击波负反射参数。

粒子群投影寻踪算法在岩爆预测中的应用

对岩爆有影响的三项主要因子:洞室最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要判别指标,通过粒子群优化算法和投影寻踪算法建立了相应的岩爆预测分析模型.该模型采用粒子群算法优化投影指标函数,确保了模型参数的准确性;同时利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系.研究表明,用粒子群投影寻踪回归模型进行岩爆预测,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测精度较高.通过将所建模型应用到秦岭隧道和冬瓜山铜矿的岩爆预测中,得到与实际情况较符合的预测结果.