线性变壁厚药型罩爆破形成射流的数值模拟研究

摘要

本文首先对聚能装药技术的研究历史及国内外的研究现状进行了简单阐述，详细分析了线性聚能装药的结构特征和作用原理。在前人对聚能装药研究的基础上，归纳了关于聚能射流流体力学的几种主要理论；并对聚能爆破形成射流的过程中各阶段金属流体的发生发展情况进行了整体分析。 其次，利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对线性等壁厚药型罩和线性不等壁厚(变壁厚)药型罩的聚能装药爆破形成金属射流全过程进行仿真计算，揭示了射流内部应力、速度、内能及流体单元位移等参数随时间变化情况，并验证了现有理论对聚能射流的认识。以药型罩罩壁变化率为特征，讨论8种不同罩壁变化率的金属罩在爆轰波的高温高压作用下形成的射流的侵彻能力高低。模拟计算结果表明：罩壁的变化率对射流的形状、长度和断裂时间均有较明显的影响。 最后，针对本文所建立的线性装药模型，寻找到具有合理罩壁变化率的金属罩，产生的射流切割刀特点是侵彻速度稍慢，冲击时间较长，尤其在针对软岩的爆破切割工程中侵彻效果要优于同等条件下等壁厚药型罩爆破效果。采用不同炸药装药对变壁厚药型罩进行爆破模拟发现，最佳罩壁变化率的取值具有随装药炸药的威力增强而增加的趋势。 本文对线性变壁厚药型罩爆破形成射流形态的研究，为寻找最佳罩壁变化率，掌握射流随壁厚变化的规律提供了新的思路和方向；对实践工程中带有线性变壁厚药型罩的聚能切割器的优化设计具有指导意义。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2聚能装药的研究简史

1.2.1美国和英国对聚能装药的研究

1.2.2德国对聚能装药的研究

1.2.3日本对聚能装药的研究

1.2.4聚能装药在现代的发展

1.3聚能装药技术在国内外的研究现状

1.3.1聚能装药技术的理论研究现状

1.3.2聚能装药技术的应用现状

1.4本文的研究目的和方法

1.5本文的主要研究内容

第2章聚能装药的结构和基本理论

2.1聚能装药的结构

2.2聚能装药的基本理论

2.2.1 Gurney速度近似求解理论

2.2.2泰勒角近似模型

2.2.3定常理想不可压缩流体力学理论

2.2.4非定常不可压缩流体力学理论

2.2.5粘-塑性射流形成理论

2.2.6聚能装药射流的破甲理论

2.3本章小结

第3章爆破数值模拟概况

3.1爆破数值模拟的应用现状

3.2数值模拟的计算方法

3.2.1数值计算方法的概述

3.2.2有限体积法(FVM)

3.2.3有限差分法(FDM)

3.2.4有限单元法(FEM)

3.2.5三种数值计算方法的比较

3.3本章小结

第4章聚能爆破数值模拟的显式动力有限元应用

4.1引言

4.2 ANSYS/LS-DYNA简介

4.2.1 LS-DYNA的发展过程

4.2.2 ANSYS/LS-DYNA的功能特点

4.2.3 ANSYS/LS-DYNA的一般计算流程

4.3显式动力算法

4.4材料非线性

4.5几何非线性

4.5.1大变形基本理论

4.5.2大变形动力学数值计算方法

4.6本章小结

第5章线性变壁厚药型罩聚能射流的二维数值模拟

5.1有限元模型的建立

5.1.1有限元模型建立原则

5.1.2聚能装药结构的简化

5.2材料模型选择

5.2.1高能TNT炸药

5.2.2紫铜金属罩

5.3状态方程的选择

5.3.1炸药的状态方程

5.3.2金属罩的状态方程

5.4划分网格

5.5设定分析选项

5.5.1接触分析

5.5.2时间步长的控制

5.5.3能量分析选项

5.5.4自适应网格划分技术

5.5.5重启动分析

5.6本章小结

第6章数值模拟结果及分析

6.1线性等壁厚药型罩爆破形成射流的数值模拟结果

6.2线性变壁厚药型罩爆破形成射流的数值模拟结果

6.3等壁厚与变壁厚药型罩爆破形成聚能射流的比较

6.4本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致 谢

附录

读研期间发表的论文