Mie-Grüneisen状态方程可压缩多流体流动的PPM方法

采用流体体积分数的混合型多流体数值模型，将piecewise parabolic method（PPM）方法应用于可压缩多流体流动的数值模拟，拓展了以前提出的模型和数值方法，使它能够处理一般的Mie-Grüneisen状态方程。采用双渡近似和两层迭代算法求解一般状态方程的Riemann问题；并根据多流体接触界面无振荡原则设计高精度计算格式，对典型的纯界面平移问题可以从理论上证明本算法在接触间断附近压力和速度没有振荡．而且数值模拟结果表明界面数值耗散也被控制在2～3个网格之内。模拟了多种复杂的可压缩多流体流动，算例结果表明本文方法可以有效地处理接触间断、激渡等物理问题。且具有耗散小精度高的特点。

基于Mie-Grüneisen状态方程的水下爆炸数值模拟

由于Mie-Grüneisen状态方程形式比较复杂,给界面的处理带来很大难度。本文通过对Euler方程做分离变量和引入质量分数,完成了Mie-Grüneisen状态方程下的多介质可压缩流动的数值模拟,使计算过程得到简化,并通过算例验证了该方法的可靠性。在多项式形式的Mie-Grüneisen状态方程下,利用该方法模拟了球形炸药在水中爆炸后,气体和水相互作用的近场情况。在计算模型中引入的气体质量分数,很好反映了流场中不同区域内气体、水及水气并存3种不同的状态。

Mie-Grüneisen状态方程的物理力学释义

通过建立一种简单的固体一维点阵定容热振动的物理力学模型,完全由力学方程推演出了Mie-Grüneisen形式的固体状态方程,并从力学本质上明确了热压力的物理意义是原子热振动时均值所造成的作用力偏载量。所得Grüneisen系数与频率的关系说明,真实三维晶体的Grüneisen系数与晶体结构相关。在简单立方晶体的情况下,获得了与Dugdale-MacDonald公式形式相同的Grüneisen系数-冷压微分关系式。研究结果证明,在状态方程构建方面,"物理力学"是一种非常有效的研究工具。

基于晶体三维点阵热振动物理力学分析的Mie-Grüneisen状态方程

根据晶体结构建立了三维定容热振动的微观物理力学模型,由力学方程推导出了点阵热振动能量与外力的微观热振动的力学关系。在微观热振动关系中引入宏观统计物理量,直接从物理力学模型得到了Mie-Grüneisen固体状态方程和Grüneisen系数的表达式。根据晶体结构中的原子排列规律,对简单立方、面心立方、体心立方、金刚石立方晶体和理想密排六方晶体的Grüneisen系数的表达式进行了证明。结果表明,这些对称性晶体结构的Grüneisen系数与冷压具有统一的微分关系,与晶体结构无关。

基于Mie-Grüneisen状态方程的爆轰波运动数值模拟

依据C-J(Chapman-Jouguet)理论,对爆轰问题中的气态爆轰产物和未反应炸药分别考虑不同的参考状态,并根据参考状态选用特定的Mie-Grüneisen状态方程。忽略化学反应过程,爆轰产物厚度为零的前导激波面以界面的形式存在。数值模拟中,爆轰波的演化分为波面传播以及与未反应介质相互作用两个部分。传播过程中,爆轰波的传播速度即恒定的爆速,爆轰产物在传播过程中瞬间形成,而相互作用过程则是通过Mie-Grüneisen多介质混合模型来计算爆轰波的持续冲击作用。借助于Mie-Grüneisen状态方程以及Mie-Grüneisen多介质混合模型,可以很好地模拟爆轰波的运动过程。对比理论参数及文献的计算结果发现,模拟结果具备较好的准确度。

基于分子动力学方法的复杂合金Grüneisen状态方程参数计算及验证:以GH4169合金为例

针对复杂合金缺乏相应势函数的情况,以GH4169为例,提出了一种计算复杂合金Hugoniot参数C_(0)和λ的方法。采用分子动力学模拟技术,研究了GH4169合金的Hugoniot曲线、0 K等温线和Mie-Grüneisen状态方程。将合金中各相Hugoniot参数按质量百分比进行加权取值得到复杂合金Hugoniot参数。通过与现有文献实验数据对比,发现该方法计算得到的Hugoniot参数、Hugoniot曲线及0 K等温线均与已有数据吻合良好,证明了所提方法的可行性。

Grüneisen系数与铝的状态方程

基于GRAY三相状态方程模型，分别采用ργ=常数、GRAY、GRIZZLY的Grüneisen系数模型和从头算给出的Grüneisen系数计算了铝的熔化曲线、等熵压缩线、等温压缩线和等熵卸载线。计算结果与实验数据比较发现，GRIZZLY的Grüneisen系数模型对铝是最合适的。

用Hugoniot数据计算高压状态方程

提出了利用Hugoniot数据、变形Morse势和Grtineisen模型来确定固体材料的高压状态方程的方法。该方法物理意义明确，表达式简洁。用此方法计算Au的高压状态方程，将所得的状态方程与Sesame数据库中Au的状态方程进行比较。发现在密度20～28g／cm3内两者吻合较好，相对误差在0～10％的范围内．表明运用Hugoniot数据结合Grtineisen模型计算材料的状态方程是很适合的。

新型高碱玻璃布材料状态方程的研究

高碱玻璃布材料在航空航天领域有着较广泛的应用,其高压力学性能的研究逐渐受到人们的关注。针对一种新型高碱玻璃布材料,通过轻气炮实验进行冲击压缩力学性能研究。采用非对称碰撞直接测量法测量并计算激波速度(D)与波后质点速度(u)的D-u型的Hugoniot曲线,并以Hugoniot曲线为基础建立该材料的Grüneisen状态方程,求得相应的材料参数。

贵金属金的状态方程(英文)

提出了一个热压强的计算公式,从而获得金的状态方程。并结合实验数据与文献中常用的其它两个状态方程进行了比较。结果发现,修正后的状态方程与实验数据吻合很好,略优于其它两个状态方程。

基于等温状态方程数据计算不同温度的固体热膨胀系数

假设热膨胀对固体体积弹性模量B的影响与加压过程对体弹性模量的影响相似,即B仅为体积V的函数.利用等温状态方程实测数据获得体弹性模量对体积的变化规律B(V).基于B(V)和Grüneisen定律、Debye模型,并以室温(300K)物性参数为初值逐次推算,获得Ag,Al,Au等15种材料在0~1 000K(部分金属到2 000K以上)的范围内各温度点的体积热膨胀系数值.数据对比显示计算值与实测值符合度高,这也表明了所提假设和方法的有效性.

Mie-Grüneisen多介质混合计算模型的Godunov型格式

本文的主要目的是为了推导Mie-Grüneisen多介质混合模型下的Godunov类型格式。Godunov格式在求解多介质问题的间断面时,通常能得到使数值解保持无振荡。为了适应Mie-Grüneisen多介质混合模型,将二维矩形的Godunov类型格式在有限体积算法下进行了重新构造。数值实验表明,Godunov格式在Mie-Grüneisen混合模型下能很好地相结合。

三介质Mie-Grüneisen混合模型在水下爆炸防护层问题中的应用

研究水下爆炸中的防护层问题,将爆炸气体、水、防护层或其他材料看成一个混合流场后,它们的物理状态可以直接用统一形式的Mie-Grüneisen状态方程来表示,再用Mie-Grüneisen混合模型模拟爆炸气体、水、固态防护层之间的复杂相互作用。计算时,通过状态方程中的特定参数来区分流体成分的物理特性,并通过体积分数来区分界面,同时添加自由进出口边界条件;计算过程中,对防护层的效果进行细致研究。研究发现,防护层的效果取决于材料的冲击阻抗。当冲击波从一种介质进入新介质时,在新介质冲击阻抗较小的情况下其压力会降低。同时,进入防护层的冲击波被结构物反射又会形成第二个冲击波。在这个过程中,对防护层的厚度和距离进行关注,但是这两个因素并未产生重要影响。

Grneisen系数与铝的高温高压状态方程

基于Gray金属三相状态方程模型,分别采用ργ=常数,Gray,GRIZZLY的Grneisen系数模型和从头算给出的Grneisen系数,系统计算了铝的熔化曲线、等熵压缩线、等温压缩线和等熵卸载线,计算结果与实验数据比较表明:在冲击压力约为500GPa的宽广压力范围,GRIZZLY Grneisen系数模型是最适合描述铝的热力学特性的形式,ργ=常数模型次之,在高压区,Gray和从头算的Grneisen系数的计算结果与实验值差距较大.

基于多介质Riemann问题的流体-固体耦合数值方法及其在爆炸与冲击问题中的应用

为提高爆炸与冲击下多介质大变形问题的数值模拟精度,针对具有高度非线性特征、通用形式的Mie-Grüneisen状态方程和流体弹塑性本构方程的多种介质间相互作用问题,提出一种通用、健壮的多介质Riemann问题求解方法,以有效提高物质界面上各物理量的计算精度。结合Euler坐标系下具有锐利界面的守恒型多介质流动数值方法,建立一套能够模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下大变形动力学行为的数值计算体系。对流体-固体耦合、固体-固体耦合Riemann问题,地下强爆炸、空中强爆炸以及高速冲击等问题开展了数值模拟,计算结果和理论、实测数据符合较好,表明该数值方法能够对典型爆炸与冲击等多介质问题进行有效的模拟。

冲击波作用下钕铁硼的动态特性研究

为了研究钕铁硼铁磁性材料在冲击波作用下的力学与磁学性质,利用一级轻气炮驱动飞片的方法对钕铁硼进行冲击加载实验,采用锰铜压阻传感器测量了钕铁硼内部不同位置的压力变化历程。给出了3~7 GPa压力范围内,钕铁硼的Hugoniot关系以及冲击波阵面上压力与温度的关系;计算了钕铁硼的Grüneisen状态方程参数;建立了飞片碰撞加载钕铁硼的计算模型,对钕铁硼的冲击响应进行了数值模拟计算,计算得到的压力峰值与实验测得的压力峰值基本相符。对冲击后的磁体进行了微观结构观测,分析了钕铁硼退磁机制。结果发现:冲击后磁体发生沿晶断裂,磁体晶界相的微观结构没有发生变化,沿晶断裂弱化了晶界相隔断主相之间交换耦合的作用。经冲击的磁体的矫顽力损失很大,从21.4 k Oe降至3.2 k Oe,在难磁化方向矫顽力只有1.2 k Oe,但难易磁化方向并未发生改变。

球坐标系下多介质混合物模型的数值模拟

利用多介质混合模型在求解球坐标系下的Riemann问题时,需要考虑界面处压力平衡性弱、奇点处理、状态方程复杂等多个难点。本文将原始基于体积分数的Mie-Grüneisen多介质混合模型扩展到球坐标系下,并对多个细节进行了修正和改进,包括:在界面处对热力学参数进行修正、采用质量分数导出新输送方程、利用质量分数加权计算偏导数、采用相邻网格点的物理量定义奇点等。经过改进后的计算模型,可以得到无振荡的数值解,而且可以准确捕捉到冲击波和界面的位置。另外,使用改进后的质量分数模型比原始的体积分数模型得到的计算结果更准确。

基于孔隙演化的砂土冲击绝热关系研究

基于砂土多孔、含水的特性,对动载荷作用下孔隙演化对砂土冲击绝热关系的影响进行了研究。基于砂土基体的不可压缩假设,采用单个球形气孔等效模型和广义Mises屈服准则推导了砂土考虑孔隙压实的演化方程;根据冲击Hugoniot突跃条件和Grüneisen型方程,获得了砂土考虑孔隙演化的状态方程;根据混合物冲击波关系和孔隙演化状态方程,获得了砂土基体材料冲击绝热关系、干砂土和湿砂土冲击绝热关系,并与已有实验结果进行了对比。结果表明:计算得到的绝热线与实验数据吻合较好,该孔隙演化状态方程能够较为准确的反映动载作用下砂土的动态响应过程。

一种基于HLLC算法的Mie-Grüneisen多介质混合模型

建立一种修正的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Contact)格式下稳定的Mie-Grüneisen多介质混合计算模型.Mie-Grüneisen混合模型中的通量包括守恒和非守恒两个部分,原始的HLLC格式对守恒部分适用,但是原始的HLLC格式直接用于非守恒部分,很难控制住数值振荡的产生.在原始格式中,间断面的移动速度为间断网格的左侧或右侧速度,修正后替换为网格中的平均速度,经过修正后,对HLLC格式重新进行推导,并随之扩展到二维问题.数值实验表明,利用修改后的HLLC格式,Mie-Grüneisen混合模型可以取得较好的稳定性和准确性.

多孔钛材料的动态力学响应研究

通过一级轻气炮加载,对孔洞具有一定规律的多孔钛材料进行了平板撞击实验及数值研究。基于锰铜压阻计测量到的实验波形,获得了冲击波在多孔钛材料中传播的衰减效应以及冲击波波速和波后粒子速度的D-u冲击绝热关系。依照实验情况在非线性动力学有限元软件中建立了数值模型,并根据计算结果得到了冲击波的压力-时间波形以及冲击绝热关系,拟合出了多孔钛材料的多项式形式Grüneisen状态方程。通过对压缩度μ进行泰勒展开,结合冲击波基本关系式及冲击绝热关系,从理论上得到了多项式形式Grüneisen状态方程系数的具体表达式。