基于SPH方法的聚能射流侵彻混凝土靶板数值模拟

在完全变光滑长度SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法的基础上,利用F.Ott等提出的修正SPH方法处理在求解多介质大密度问题时的数值不稳定性问题,运用Holmquist-Johnson-Cook本构模型处理混凝土在冲击载荷下的变形和损伤问题,对聚能装药射流侵彻混凝土靶板的过程进行了数值模拟,同时利用LS-DYNA非线性有限元程序进行对比,分析了2种方法得到的混凝土von Mises应力变化、射流头部特定节点处的速度变化及裂纹演变,验证了SPH方法的准确性。分析了另外2种不同尺寸的靶板在射流侵彻作用下的破坏形式,结果符合射流侵彻物理规律,表明该方法适合模拟聚爆炸与冲击等大变形破坏等问题。

基于拟流体模型的SPH新方法及其在弹丸超高速碰撞薄板中的应用

引入颗粒动力学理论(拟流体模型)建立了适用于超高速碰撞的SPH新方法。将超高速碰撞中处于损伤状态的碎片等效为拟流体,在描述其运动过程中引入了碎片间相互作用和气体相对碎片的作用。采用该方法对球形弹丸超高速碰撞薄板形成碎片云的过程进行了数值模拟,得到了弹坑直径、外泡碎片云和内核碎片云的形状、分布,并与使用传统SPH方法、自适应光滑粒子流体动力学(ASPH)方法的模拟结果进行对比,结果显示:新方法在内核碎片云形状和分布上计算结果更加准确。同时对Whipple屏超高速碰撞问题进行了研究,分析了不同撞击速度下防护屏弹坑尺寸及舱壁损伤特性等特性,计算结果与实验吻合较好且符合Whipple防护结构的典型撞击极限曲线。

一种新型光滑粒子动力学固壁边界施加模型

由于Lagrange粒子法的本质,固壁边界条件的施加一直是光滑粒子动力学方法的难点之一.本文从固壁边界的物理原理出发,应用多层虚粒子表征固壁边界,提出了一种新型固壁边界施加模型.将虚粒子看作流体的扩展,计算中虚粒子密度保持不变,压力、速度等参数通过对流体粒子的插值获得,虚粒子有条件的参与控制方程的计算,对流体的密度/压力产生影响,通过压力梯度隐式地表征壁面与流体之间的作用强度并对流体粒子施加沿壁面法线方向的斥力作用,防止流体粒子对壁面的穿透.数值算例测试结果表明,与现有固壁边界施加方法相比,本文方法更加符合流体与固壁边界作用的物理原理,可以简单、有效地施加固壁边界条件,方便地应用于具有复杂几何边界的问题,获得稳定的流场形态、规则的粒子秩序及良好的速度、压力等参量的分布.