无反射边界条件对空中爆炸超压峰值影响范围研究

选取合理的模型和状态方程参数,利用有限元软件LS-DYNA计算空中爆炸超压峰值,将数值模拟结果与实验结果和经验公式进行对比,证明参数选择的合理性并验证数值模拟的精度。通过控制参数,选择不同的比例距离,研究无反射边界条件对TNT空中爆炸峰值超压的影响,结果表明,无反射边界附近一定范围内的超压峰值会受到影响;建模区域的比例距离超出考查范围一定区域可减弱无反射边界条件对超压峰值的影响。     

船底座礁实验数值模拟中选择参数影响研究

非线性有限元方法是分析船舶碰撞和搁浅问题的一个强有力工具,但是数值模拟结果的可靠性很大程度上依赖于对工程问题的恰当处理和有限元软件中主要参数的准确控制.本文以某单壳船底结构准静态座礁实验结果为例,用非线性有限元软件LS-DYNA进行数值模拟,研究了下列选择参数对单壳船底结构抗撞性的影响:边界条件;船底结构的材料模型;壳单元类型;船底结构与礁石模型之间的摩擦系数;船底结构的残余应力.通过比较计算结果的碰撞力曲线,能量吸收曲线来评价这些参数对数值模拟的影响并给出了一些建议.     

防护装置粘接强度对爆炸切割冲击波的影响

为了提升爆炸切割过程中防护装置的防护能力,从防护装置与待防护结构的接触着手,采用胶粘的方式来固定防护装置.利用Ansys/Ls-dyna软件对不同粘接强度的防护装置进行防护仿真,采用TIEBREAK关键字模拟防护装置与有机玻璃板的粘接过程,并设置不同的失效应力来模拟不同粘接剂的粘接情况.结果表明,提高关键字中的失效应力,使得冲击波超压峰值降低了 35.2％.但当失效应力达到一定数值后,继续提高失效应力,防护效果提升不明显,冲击波超压峰值最多降低了 39.4％.     

空中爆炸下舰船桅杆结构动态响应的数值模拟

对某舰的桅杆结构及相关甲板,用Lagrange单元进行模拟,桅杆周围的空气用Euler单元进行模拟,Lagrange单元和Euler单元耦合界面采用一般耦合方法.运用动力有限元软件MSC/DYTRAN进行计算,欧拉方程求解时使用具有二阶精度的Roe求解器,用MSC/PATRAN进行前后处理,模拟了桅杆结构在空中爆炸下的全过程.从计算结果可以得到爆炸冲击波的传播过程,桅杆结构中各点的加速度、速度、位移、应力响应.分析爆炸冲击波的比冲量及靠近桅杆结构的冲击波峰值压力表明本文计算结果是合理的;计算中考虑了流固耦合效应,模拟出了冲击波的反射和绕流,更加接近实际情况.因此文中的研究,对桅杆抗爆设计具有一定的参考价值.     

多吨机拖船拖缆机基座区域结构局部强度优化分析

针对拖缆机基座区域结构局部强度优化分析方法得到的基座损伤数值较大问题,研究多吨机拖船拖缆机基座区域结构局部强度优化分析方法。以不影响考察单元计算结果为准则,设定基座区域结构边界条件,基座金属材料应力-应变间的数量关系,有限元模拟区域强度,配比硬化指数为不同海况的强度失配因子,最终实现局部强度优化。设定基座区域应力参数,模拟海况数值进行实验。结果表明,文中设计的强度优化分析方法得到的基座损伤数值最小。     

水体流动时船舶航行横向受力数值模拟研究

针对传统船舶航行横向受力数值模拟存在误差的问题,提出基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟研究。通过设定海水湍流速度的分布,确定港口入口水流速度边界条件。通过划分船体底层表面区域来保证船舶底层表面光滑,确定船体底层表面光滑程度边界条件。结合模拟区域风向和风力边界条件,确定船舶航行横向受力边界条件。通过船舶航行横向受力数值模拟流程设计,实现了基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟。仿真结果证明,相比基于数据分析理论数值模拟方法,该方法船舶航行横向受力的数值模拟误差缩小了16.18 N,为船舶航行横向受力数值模拟提供了有利的科学依据。     

无轴轮缘推进器中可拆卸螺旋桨的性能分析

应用FLUENT数值模拟软件对无轴轮缘推进器螺旋桨进行水动力分析,根据实际运行工况需求确定数值模拟的基本方程、湍流模型、初始条件、边界条件、流体域以及网格划分等参数,建立相关数值模拟模型,计算出不同桨叶数目的螺旋桨在一定进速条件下的桨叶压力分布状况及螺旋桨推力与扭矩,并与常用经验公式计算结果进行比较,验证了无轴轮缘推进器螺旋桨有限体积元模型的正确性。研究结果可为该类型螺旋桨的优化设计提供理论支持。     

约束空间内爆超压载荷影响因素二维数值模拟

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸波高精度数值计算程序,利用所开发的程序对舱内爆炸超压载荷的影响因素进行初步探讨。[结果]研究表明,增大炸药运动速度、选取特定的初始界面扰动、减小网格尺寸均能较明显地提高舱内爆炸冲击波峰值,但对准静态超压载荷的影响较小。[结论]研究结果可为抗爆结构设计及舱内爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。     

港湾内非线性波浪对船剖面作用的时域计算模型(英文)

文中用边界元数值求解复速度势模拟了波浪对船剖面的时域作用力,采用满足运动学和动力学条件的半拉朗格朗日法跟踪流体的自由表面.推导了适用本数值模型的辐射边界条件,此边界条件和海绵层边界条件组成的出口边界条件,可以使波浪很好地被吸收或传播出去.进行了相关物理模型实验,数值计算结果和实验结果的对比表明此模型能精确模拟波浪对船的作用力.     

后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自主编写约束空间内炸药爆炸后燃烧过程的二维数值计算程序。基于自主程序开展不同工况下内爆炸后燃烧效应数值计算,探讨内爆炸过程中反应速率及后燃烧能量大小对爆炸载荷的影响规律。[结果]研究表明:在后燃烧能量大小一定的情况下,反应速率常数增大时,冲击波到达时间提前,冲击波峰值、冲量均增大,准静态超压峰值保持不变;在反应速率常数一定的情况下,随着后燃烧能量的增大,冲击波峰值、冲量及准静态超压峰值均增大;后燃烧能量的加入能显著增强爆炸载荷强度。[结论]研究成果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

一种空气雾化喷嘴的仿真研究

全面考虑了液滴的破碎、碰撞以及液相与气相的耦合作用,建立了二次射流空气雾化喷嘴喷射雾化模型,以水模拟航空煤油,空气作为雾化工质气体,采用相应的算法进行了数值仿真研究,得到了二次射流空气雾化喷嘴雾化效果较普通空气雾化喷嘴好的结论。     

舰船舷侧防爆结构在内部爆炸作用下破裂的数值模拟

文章通过应用MSC.Dytran中的多欧拉一拉格朗日耦合方法,对反舰武器战斗部进入舷侧防爆结构内部爆炸作用下其变形和破坏的情况进行数值模拟研究.用多欧拉域模拟结构内外空气中爆炸冲击波传播情况.用快速一般耦合方法计算结构和流体的耦合作用.模拟结果显示:在冲击波作用下,防护结构外层舱室变形、失效后破裂,冲击波通过破口流入内层舱室.由于文中考虑了结构破坏与爆炸冲击波的相互作用,使得数值模拟方法和结果更符合实际.通过对爆炸冲击波动能与结构吸能的研究发现,除了结构的直接吸收削弱了冲击波的动能以外,通过破孔和舱壁上预开的孔泻掉的能量相当于结构总吸能的46.7%.因此在舰船舷侧防护结构设计时考虑内舱壁的适当开孔并减小强度是有益和必要的.     

Numerical assessment of explosion resistant profiled barriers

Profiled blast barriers are an integral part of offshore topsides where they are required to protect personnel and safety critical equipment against the effects of a possible hydrocarbon explosion. Limited studies on their response have been presented, particularly at high overpressures. This paper presents a numerical study using finite element analysis to investigate the response of stainless steel profiled barriers subjected to hydrocarbon explosions. By examining three profiles of varying depth (deep, intermediate and shallow) commonly used in offshore topside structures, the criteria governing their behaviour are highlighted. The static capacity and the dynamic response of the barriers are established up to the maximum capacity level and into the post peak or buckling response regime. The parameters that were found to have profound effects on the analyses include imperfections, boundary conditions and modelling assumptions. Through this study, recommendations and guidelines of using finite element analysis for the design or analysis of such explosion resistant barriers are given.     

爆破边载对斜拉桥结构动力响应分析

施工爆破往往对既有临近建筑物的影响很大。针对这种边载效应可能造成的危害,结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,基于圣维南原理,将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用。采用三维实体模型等效模拟计算分析东海大桥在远场爆破施工对既有桥体结构稳定性的影响,计算结构不同位置、不同工况的振动响应和不同距离的最大单响药量,在此基础上,分析桥梁结构受爆破边载影响的危险区域,提出不同距离的药量控制,可为类似工程提供借鉴。     

复合材料桅杆抗空爆性能研究

采用等效分析方法模拟复合材料桅杆上夹层板结构在空中非接触爆炸载荷下的毁伤形式,根据模拟海战设置工况,计算得到桅杆在空爆载荷下的动态响应,并由所得数据统计出了不同爆距下的抗冲击极限.同时,改变桅杆材料构成,优化结构形式,提高桅杆抗爆性能.为复合材料桅杆抗空爆性能的研究提供了参考,并为桅杆结构的设计提供了理论依据.     

近距空爆载荷下钢板/聚脲复合结构动响应特性仿真

[目的]为探讨聚脲涂层对钢板抗爆性能的提升机制,掌握背涂聚脲层对钢板动响应特性的影响规律,对钢板/聚脲复合结构的抗爆动响应过程进行仿真研究。[方法]采用LS-DYNA软件对钢板/聚脲复合结构在近距空爆载荷作用下的变形/失效过程及吸能机制进行数值仿真,并与文献试验结果进行对比,验证数值仿真方法的合理性和准确性。在此基础上,进一步分析前侧钢板层与背侧聚脲层的厚度配比及强度配比对结构变形/失效及能量吸收的影响。[结果]结果表明:背侧聚脲层在抗爆过程中存在二次崩落现象,其崩落碎片动能在后侧聚脲层总吸能中占主导地位;随着钢板-聚脲厚度比值的增加,前侧钢板层的最大塑性变形先减小后增大;随着强度比值增大,钢板的最大塑性变形和聚脲的吸能占比均单调减小。近距空爆载荷作用下,由于崩落而形成的碎片动能是后侧聚脲层的主要吸能方式;总面密度不变时,钢板/聚脲复合结构存在抗爆性能最优的厚度配比;强度比值的增大会降低聚脲层的吸能占比,同时提升结构的整体抗爆性能。[结论]研究结果可为钢板/聚脲复合结构的抗爆防护设计提供参考。     

Blast loaded plates

Plates form one of the basic elements of structures. Land-based structures may be subjected to air blast loads during combat environment or terrorist attack, while marine structures may be subjected to either air blast by the attack of a missile above the water surface or an underwater explosion by the attack of a torpedo or a mine or a depth charge and an aircraft structure may be subjected to an in-flight attack by on-board explosive devices. Furthermore, gas explosion occurs in offshore installations and industries. This review focuses on the phenomenological evolution of blast damage of plates.     

边界层理论在推移质采样器率定比尺效应研究中的应用

以MB-II型推移质采样器为例,应用边界层理论,通过计算天然状态及模型率定时采样器出口断面处由边界层引起的相对面积损失,阐明模型试验测得的水力效率较原型偏小的原因。     

超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa 以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用 AVL FIRE 软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明：当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。     

空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值影响二维仿真研究

利用LS-DYNA仿真软件研究了高速三体船连桥结构的砰击问题,建立了二维有限元模型,对高速三体船结构以不同的速度进行等速入水的情况进行了计算.研究发现,存在于高速三体船主船体和辅船体与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了连接桥的砰击压力峰值.通过对压力峰值与速度平方比值的无量纲系数的回归分析,发现该系数随着入水速度的增加成二次指数递减趋势;其次是假想不存在空气层进行仿真计算,与考虑空气层的计算进行比较分析,量化空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响,并得出随着砰击速度的增加,空气层对压力峰值影响逐渐变小.