基于ALE算法的高速水射流对船体表面冲击特性研究

为探究水射流清洗附着物对船体表面的损伤影响,基于ALE算法研究了不同入射角θ和不同流速v冲击船体表面过程中射流的冲击压力特征和应力特征。结果显示,随着入射角θ增大,靶件所受冲击压力会出现水锤压力与滞止压力阶段。高压水射流动能在适当入射角θ增加,入射角过大(θ=20°)反而会使其降低。以一定入射角θ冲击靶体时,由于剪切效应加强靶体表面与内部应力分布比垂直冲击时更复杂,得出对船体表面材料影响最小的参数组合和最大主应力与射流参数入射角和速度的拟合公式。研究结果对水射流清洗船体表面附着物的应用具有较好的理论意义与实际应用价值。

基于ALE算法的水射流破土特性

为探究水射流破土过程中射流参数对破土特性的影响,通过拉格朗日-欧拉方法(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)流固耦合算法建立了淹没状态下水射流破土的数值模型,开展水射流破土的室内试验验证了数值计算结果的准确性。基于数值模型分析不同射流速度和靶距下冲蚀深度与体积的变化特征,探讨射流参数对破土特性的影响机制。研究结果表明:水射流破土形成的冲蚀深度随着射流速度的增大而逐渐变大,且随着射流时间的增加会呈现线性增长、缓慢稳定增长和稳定三个阶段;靶距越大冲蚀深度越小,但冲蚀体积受射流速度的影响较大,在低速时冲蚀体积随靶距的减小而增大,而在高速时冲蚀体积则会先减小后增大再减小;基于试验结果分析敏感性可知射流速度对冲蚀深度与体积的影响程度要大于靶距。

基于ALE算法的爆破战斗部爆炸效应数值模拟研究

采用Arib itrary Lagrange-Eu ler(ALE)算法对爆破战斗部在空气中的爆炸效应进行了数值模拟研究。在建模过程中,炸药采用ALE单元,壳体采用Lagrange单元,空气采用Eu ler单元,同时建立炸药产物在其中流动的ALE初始空间网格,炸药和初始空间网格之间采用共用节点连接,炸药、壳体与空气网格之间定义耦合。计算得到了爆炸产物的飞散特性、压力场的分布规律和距爆心不同距离处的爆炸超压值。进行了地面试验验证,通过对比分析表明,模拟结果与试验结果之间的相对误差小于10%。

基于ALE算法的空气冲击波绕流数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程 ,对空气冲击波绕过障碍物的环流现象进行了数值模拟 ,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展和环流的情况 ,分析了空气冲击波的绕流规律。研究结果表明 ,本研究方法可以很好地描述空气冲击波绕流场参量分布与变化规律 ,并且数值模拟结果与半经验公式的计算结果基本符合 ,但在爆源与障碍物的距离较小时 ,计算值偏大。

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的ALE算法

采用 LS- DYNA3D有限元计算软件中 ALE算法描述对爆炸成型弹丸成型过程以及对 45 #钢靶板的侵彻过程进行了数值模拟和分析。在模拟过程中考虑了空气的存在 ,计算模型同实际基本相符。通过模拟 ,证明了 ALE算法综合了纯 Langrange和纯 Euler法的优点 。

用ALE算法模拟四角切向燃烧锅炉炉膛内的流场

采用ＡＬＥ算法，选用与流动方向较一致的网格体系，对四角切向燃烧煤粉锅炉炉膛内冷态流场进行了模拟。此方法计算稳定、收敛性好，在数值计算中很大程度上消除了伪扩散的影响，模拟结果与前人实验值基本相符。

基于ALE算法的无转角和有转角铝制加筋板楔形体水弹性砰击的数值模拟研究

文章采用基于任意拉格朗日—欧拉(ALE)算法的显式有限元技术研究水弹性砰击现象,针对已开展的铝制加筋板楔形体结构入水砰击模型实验,开展了数值模拟比较工作。该楔形体底部斜升角为20度,底部两侧是包含三根纵骨和两根横梁的加筋板结构,两侧结构刚度不同。预报了模型无转角和有转角典型工况的砰击入水过程,得到的入水加速度、底部加筋板结构纵骨应力和横梁响应与模型实验结果吻合较好。研究表明该ALE算法具备模拟船舶局部结构的水弹性砰击流固耦合问题的能力。

基于ALE算法的隧道开挖爆破振动特性数值分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件,分析隧道开挖过程中爆破振动对围岩及初期支护的影响.为了使数值模拟能够真正反映实际情况,采用更精确合理的爆炸数值计算方法:利用软件内置炸药模块和状态方程模拟爆破荷载的作用,并采用ALE算法模拟炸药与岩石之间的接触关系.在ALE算法中,为防止爆炸过程中网格的过分畸变给结果带来不利影响,将炸药定义成流体.分析结果表明:应力、速度均在爆炸发生的极短时间内达到峰值,而后迅速衰减,10ms后达到稳定状态.上台阶爆破在围岩拱顶处产生的水平振速峰值为下台阶爆破的6倍左右,在拱脚位置约为0.88倍;上台阶爆破在围岩拱顶处产生的竖直振速峰值为下台阶爆破的8倍左右.下台阶爆破在围岩拱顶处产生的应力峰值是上台阶爆破的1/5,在拱脚处相差不大;同一位置,初期支护结构质点振速峰值与单元应力峰值均比围岩大.

基于ALE算法的隧道光面爆破空气间隔作用机理研究

以云南省某铁路隧道为工程背景,采用ALE算法对光面爆破空气间隔装药进行了数值模拟,为ALE算法在爆破工程领域,特别是地下隧道爆破工程领域方面的数值模拟提供了参考。同时,比较了传统连续装药条件下与空气间隔装药条件下不同时刻的最大主应力云图。结果表明,空气间隔层在光面爆破过程中可以降低炮孔壁上的初始应力、延长爆炸作用时间、增强爆炸应力波在孔心线上的导向作用、减弱爆炸应力对保护岩层的损伤效应作用。

双层金属靶板耗散刚体侵彻动能ALE算法分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对双层6 mm厚4340钢板、双层6 mm厚7039铝合金板、6 mm厚7039铝合金板+6 mm厚4340钢板、6 mm厚4340钢板+6 mm厚7039铝合金板4种组合设计的双层金属靶板经受刚体侵彻之后的动态响应试验进行数值模拟。运用ALE算法比较了不同组合设计的双层金属靶板Von Mises应力分布和侵彻刚体弹动能耗散。结果表明:冲击载荷作用下双层6 mm厚4340钢板的动能耗散能力最优,6 mm厚4340钢板+6 mm厚7039铝合金板次之,双层6 mm厚7039铝合金板最弱。以6 mm厚的4340钢板为面板和以6 mm厚的7039铝合金板为背板组合比以6 mm厚的7039铝合金板为面板和以6 mm厚的4340钢板为背板组合耗散子弹的动能高23%。

基于ALE算法的连续高压水射流破岩数值模拟

采用ALE算法对高压水射流破岩过程进行数值模拟,通过模拟连续射流破岩过程,分析讨论了高压水射流破岩机理、岩石破坏形态以及岩石损伤特征。研究结果表明,射流破岩过程中岩石受到压应力、拉应力以及剪应力,岩石破碎是由冲击压力、水锤压力、应力波、水楔共同作用的结果,射流破岩具有阶段循环性,在不同破岩循环时期阶段各作用力具有相应的主导性。岩石破坏形态具有时变性,随着时间推移,其破坏形态不断变化,最终破坏形态呈漏斗状或深“V”形,岩石破坏具有局部特征以及分区性,可分为破坏区、损伤区以及原始状态区。岩石损伤具有阶段性,可分为无损伤阶段、密集损伤阶段以及破坏阶段。研究成果对高压水射流破岩领域研究具有一定的借鉴意义。

基于不同算法的Ti/SS316爆炸焊接数值模拟研究

目的研究不同基复板间隙对爆炸焊接质量的影响,对钛(Ti)/不锈钢(SS316)的爆炸焊接过程进行数值模拟研究。方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合光滑粒子流体动力学-有限元耦合法(SPH-FEM耦合算法)和拉格朗日-欧拉耦合法(ALE算法),对钛(Ti)/不锈钢(SS316)爆炸焊接过程进行三维数值模拟,通过不同算法得到不同基复板间隙下的碰撞速度、碰撞压力及碰撞角,并将模拟结果与试验及理论计算结果进行对比。结果当间隙为5、10、15 mm时,SPH-FEM耦合算法和ALE算法的复板碰撞速度均落在爆炸焊接窗口内,表明纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)均能成功实现焊接,没有脱落与鼓包。与SPH-FEM耦合算法相比,ALE算法下的碰撞速度、碰撞压力和碰撞角的模拟结果和理论计算结果更加吻合,可信度更高。结论ALE算法的模拟结果与试验结果吻合,且与理论计算结果的误差更小,表明ALE算法用于纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)爆炸焊接是有效的。

基于Lagrange、ALE和SPH算法的接触爆炸模拟计算

运用LS-DYNA软件的Lagrange、ALE和SPH三种不同算法对炸药在钢筋混凝土板表面触爆进行了数值模拟,3种算法都模拟了表面触爆下炸药爆轰及混凝土板破坏的全过程。通过实际算例从模型建立、计算结果和计算时间3个方面对比分析了3种不同算法的优缺点,从而为爆炸效应数值模拟方法上提供一些建议和参考。

低频线谱检测ALE算法应用

舰船辐射噪声在低频段具有稳定的特征信息丰富的线谱成分,此线谱成分的检测对水下目标的定位和识别具有重要意义。为了有效地将舰船辐射噪声特征线谱从宽带背景噪声中分离出来,应用ALE算法理论对舰船噪声信号进行研究。ALE算法作为自适应FIRDF算法的一种变形,是自适应噪声抵消器的典型应用。低频线谱检测中采用ALE算法无需参考信号,自适应地将线谱成分信号进行匹配,可以从宽带噪声中将线谱成分分离出来,且线谱成分明显增强。理论分析仿真结合实际海试数据对LOFAR谱图进行研究,结果表明,ALE算法在低频线谱信号检测中能够达到期望的效果。与常规方法相比,检测性能得到有效提高,有利于辐射噪声线谱的提取。

一种改进的多介质ALE动量重映算法

传统多介质任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法在解决强间断、大变形等问题时,采用现有的重分重映算法进行计算会出现耗散现象.在计算过程中,为保证计算结果的可靠性并提高算法的鲁棒性,往往需要多次的重分重映计算,导致耗散现象更加严重,甚至出现非物理的计算结果.通过对传统重映算法进行测试和分析研究,发现了重映过程中数值耗散的产生机理,并对传统重映算法进行了改进,使得其在满足质量守恒、动量守恒和能量守恒的基础上,更好地还原重分重映前的物理场空间分布,从而提高了重映算法的计算精度和计算结果的可靠性,有效解决流体力学中强间断、高密度比、高压力比和强冲击等问题.

基于ALE算法的水射流冲击不规则靶体冲击压力特征

水射流冲击压力是评判其能否有效破碎物料的力学判据,然不同形状的靶体对射流冲击压力影响较大.基于Arbitrary Lagrangian-Eulerian算法,数值研究了水射流冲击凸面、斜面、平面与凹面钢板过程中的冲击压力特征.研究结果表明：（1）水射流只有在冲击斜面与平面时,其冲击压力才会出现典型的水锤压力阶段与滞止压力阶段,当冲击凹面时出现双峰值特征,而冲击凸面时出现多峰值特征;（2）水射流冲击不同形状的钢板靶体时,水锤压力峰值与射流速度呈二次方关系,水锤压力持续时间与射流速度呈指数关系;（3）在相同的射流速度下,凹面靶体所受水锤压力峰值最大、持续时间最长,凸面靶体所受水锤压力峰值最小、持续时间最短,斜面与平面靶体介于二者之间.

基于渗滤效应的沙层劈裂注浆扩散规律分析及其ALE算法

渗滤效应广泛存在于沙层劈裂注浆扩散过程中,并对扩散规律有重要影响,目前尚未有合理的劈裂注浆理论对其充分考虑。针对沙层劈裂注浆中的渗滤效应,采用一维渗滤模型对其进行描述,并结合平板裂隙注浆扩散模型,推导得到劈裂注浆扩散控制方程。通过与不考虑渗滤效应的劈裂扩散模型对比,揭示渗滤效应对注浆扩散的影响机制。采用有限元瞬态移动网格ALE方法对沙层劈裂注浆扩散过程进行动态模拟,模拟结果与理论研究结果相符;开展沙层劈裂注浆扩散现场试验,试验结果表明实际劈裂浆脉长度与理论模型和数值模型计算结果相近,验证了理论模型和数值模型的合理性。

ALE算法在弹侵彻安全壳穹顶数值模拟中的应用

未来战争条件下，核电站有可能受到精确制导弹药的直接命中打击，核电站的安全性能成为人们极度关心的问题之一。战争条件下核电站安全评估的一项重要内容就是核电站安全壳的抗侵彻能力的评估。本文应用ALE算法，对精确制导装药直接命中安全壳穹顶的动态响应进行了数值模拟，给出了混凝土单元或节点应力、位移时程曲线。

基于ALE的充气式海上围栏系统气囊单元优化设计

针对充气式海上围栏系统的气囊单元选型,在单层单气室气囊的基础上提出单层多气室气囊、双层多气室气囊两种改进型,建立静水海域中小艇以10、20、30 m/s的初速度垂直撞击气囊中部3种典型拦截场景.基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,应用有限元软件LS-DYNA进行数值模拟,通过小艇的最大碰撞力、最大反向加速度、单元失效比等数据,分析单层单气室气囊、单层多气室气囊、双层多气室气囊3种气囊单元对来袭小艇的拦截效果,发现双层多气室气囊的拦截能力最强.借助正交试验进一步优化双层多气室气囊的设计参数.通过优化后的结果发现,优化后的双层多气室气囊的最大碰撞力相比原设计方案提高了9%,显著提高了气囊的拦截能力.

基于响应面分析的淹没水射流破土施工参数优化设计

针对水射流破土过程中射流孔深度及径宽难以确定的问题,以圆柱形喷嘴为研究对象,基于拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了淹没水射流破土的有限元模型,并通过室内实验验证了该有限元模型计算结果的准确性。基于响应面法建立了射流孔深度与径宽的预测模型,分析了喷嘴直径、射流靶距和射流压力3个因素及其交互作用对射流孔深度及径宽的影响规律,结合满意度函数对破土施工参数进行优化。结果表明:当选取特定破土深度(10 cm、15 cm和20 cm)时,较大的射流压力(7.2 MPa)、较小的射流靶距(1 cm)及合适的喷嘴直径(0.928 mm、1.164 mm和1.345 mm)可最大程度地保证射流孔的稳定性。针对特定目标破土深度,优化后的射流孔深度及径宽的预测值与实验值的误差均小于15%,表明预测结果合理可靠。