二维平面激波折射的理论计算方法

围绕二维平面激波与物质界面作用,建立了流场波系结构的理论计算方法.首先分析了界面两侧激波独自沿界面传播过程,识别了两类正规折射和三类非正规折射;然后,根据两侧扰动沿界面传播的相对快慢,得到了三种不同的作用情形.与已有的Catherasoo方法相比,此方法:1)考虑了激波波后紧邻波阵面流场中扰动对界面附近折射的影响,区分了扰动的强弱及其是否可以追赶上激波阵面;2)除了少数情形外,大都基于Euler方程精确解描述流场中波系相互作用.利用该方法对马赫数1.17的激波与空气/SF6界面作用进行计算,得到的波系结构与数值结果、已有实验数据基本一致,透射波阵面与水平方向夹角吻合程度优于Catherasoo结果;给出了反射波参数、界面偏折角度等,而Catherasoo方法不能计算这些参数.对于马赫数2.00的激波,通过比较不同介质密度比和界面倾角下的理论与数值结果,发现此方法对波系类型的识别比Catherasoo方法更为准确,且识别了波后强扰动追赶上激波形成三波结构的折射类型,后者无法识别此类型.上述结果表明,新方法具有良好的适用性,对波系类型的识别较已有方法的准确度更高,可获取更为丰富的波系结构信息.

空中强爆炸冲击波地面反射规律数值模拟研究

为准确预测空中强爆炸产生的冲击波载荷分布,基于欧拉坐标系建立了能够模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维多介质流体数值方法。结合网格自适应技术,对1 kt TNT当量的空中强爆炸在不同爆炸高度下的冲击波地面反射过程进行了数值模拟,并考虑了真实气体状态方程和空气随高度不均匀分布的影响。计算得到了地面上距爆心投影点大尺度范围内的反射超压和冲量等冲击波载荷分布,并给出了冲击波载荷随爆高的变化规律。

基于量纲分析法的地运动折合位移势规律研究

地运动折合位移势是空腔解耦爆炸、应力波传播、地下爆炸、地震耦合效应等研究中的重要物理量。将数值计算与量纲分析相结合,分析了折合位移势关于载荷和材料模型参数的依赖关系,建立了一定条件下折合位移势的经验估算公式,并使用最小二乘法和牛顿迭代法拟合得到了待定系数。该公式定量地反映了折合位移势与空腔半径、压力峰值、作用时间、介质密度、屈服强度和弹性模量之间的函数关系,计算值与程序的模拟值吻合较好,可为折合位移势的预测提供有效参考。在此基础上讨论了折合位移势的变化规律。

冲击载荷下线性硬化材料中球面应力波场的理论计算方法研究

基于线性硬化塑性本构模型,建立了冲击载荷作用下弹塑性球面应力波场的理论求解方法.首先,分析了冲击载荷卸载速率对球面应力波传播的影响,得到了3种不同类型的应力波传播图像.在此基础上,建立了弹性阶段、塑性加载阶段以及卸载阶段球面波动方程的理论求解方法,给出了质点位移、质点速度、应力和应变等物理量的计算方案.与已有理论方法相比,该方法考虑了不同载荷卸载速率条件下应力波的不同传播情况,并且给出了卸载阶段应力波参量计算方法,具有更广的适用范围.利用上述方法计算了恒定冲击载荷和不同指数衰减冲击载荷作用下弹塑性球面应力波场参量,在弹性阶段和塑性加载阶段,理论计算得到的物理量与已有理论方法和数值模拟结果基本吻合,在卸载阶段,已有理论方法不再适用,而本文理论计算得到的物理量与数值模拟结果基本吻合,验证了该理论方法的正确性.

爆炸荷载作用下单层钢化玻璃破坏状态的理论预测方法

利用弹性薄板弯曲的小挠度理论计算爆炸荷载作用下单层钢化玻璃的动力响应,选择最大伸长线应变理论作为钢化玻璃的破坏准则,结合场地实验结果确定单层钢化玻璃破坏的应变阈值,建立了爆炸荷载作用下单层钢化玻璃破坏状态的理论预测方法,并将理论预测结果同数值模拟计算结果和场地实验结果进行了比较。结果表明,三者间的差异较小,证明本文的理论预测方法能够准确预测单层钢化玻璃在爆炸荷载作用下的破坏时间和破坏状态。