贫铀合金球对Q235钢靶侵彻性能研究

目的 研究贫铀合金球对Q235钢靶的侵彻行为,为贫铀合金材料侵彻行为的深入研究以及在战斗部中广泛应用提供支撑。方法 采用Johnson-Cook强度模型和失效模型建立贫铀合金球撞击Q235钢靶的模型,利用Abaqus/explicit模块模拟研究贫铀合金球初速与尺寸对剩余速度、扩孔面积、侵彻深度的影响,并对结果进行分析。结果 通过试验与模拟得到了贫铀合金球的穿靶极限速度,两者结果基本吻合,验证了模型参数的准确性。相同尺寸下,贫铀合金球的剩余速度随初速的增大呈线性增大趋势,穿靶后速度衰减率为14.6%~33.2%。初速为900~1 300 m/s、直径为5~9 mm时,扩孔面积比为1.08~1.286。贫铀合金球的侵彻深度(H)随直径(d)和初速(v)的增大逐渐增大,三者的关系为 。结论 贫铀合金球初速和尺寸是影响侵彻深度的关键因素,但对扩孔直径没有显著影响。     

硼化物基超高温复合陶瓷超高速撞击作用下破坏模式研究

随着各国航天实验和航天器的增加,太空中存在微小碎片垃圾越来越多,对航天器正常运行有着极大的危害。研究弹丸超高速撞击硼化物基复合陶瓷产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN,利用光滑质点动力学方法对圆柱形弹丸超高速撞击硼化物基超高温复合陶瓷单层板形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量不同速度弹丸撞击靶板的破坏模式,不同质量相同速度弹丸撞击靶板的破坏模式。结果表明在不同速度和质量弹丸撞击靶板的破坏模式中,穿孔半径变化规律为穿孔半径随着弹丸速度和质量的增大而增大。根据不同质量弹丸超高速撞击板靶的穿孔半径变化规律,得到弹丸撞击相同厚度靶板的击穿速度临界值。该结果可为航天器超高速撞击风险评估和防护设计提供了参考。     

药型罩参数对聚能射流水下运动的影响

目的 研究药型罩结构参数对所形成的聚能射流在水中运动的影响,改进水中聚能射流的运动特性。方法 采用多物质单元ALE法就锥形罩射流对水介质的侵彻进行数值模拟,分析锥形装药结构中药型罩锥角和厚度对所形成的聚能射流侵彻水时运动参数的影响。结果 锥形罩锥角大小及药型罩厚度对聚能射流在水中的形状、射流速度、加速度等有着明显的影响。侵彻体进入水中10 cm后,药型罩的锥角从30°增加到150°的过程中,剩余速度先增大、后减小,在90°时达到最高。药型罩厚度为1.5～4mm时,剩余速度变化起伏小;厚度为4～6 mm时,剩余速度开始大幅下降。结论 当锥角为90°时,罩厚为4 mm的药型罩所形成的射流在水中表现最好,形成的射流侵彻深度最长,侵彻水介质10 cm后的剩余速度最大,存速能力最强。     

微米级空间碎片撞击太阳电池研究

目的评估航天器太阳电池阵遭遇微米级空间碎片撞击后性能的下降程度。方法利用激光驱动飞片发射系统针对硅太阳电池开展系统的试验工作,对太阳电池机械损伤特性及伏安特性进行测试。利用ORDEM2000软件计算航天器所在轨道的碎片通量和速度。结合试验结果,计算航天器太阳电池阵因微米级空间碎片撞击引起的最大输出功率衰减率。结果太阳电池最大输出功率衰减率与溅射区直径呈二次函数关系,与表面污染率近似相等。未来5年天宫一号所在轨道航天器太阳电池因微米级空间碎片撞击引起的最大输出功率衰减率为0.45%。结论利用该研究结果可以预计航天器太阳电池因微米级空间碎片撞击引起的最大输出功率衰减率,为航天器总体设计提供技术支持。     

低温极端载荷作用下船艏结构损伤演化过程研究

目的 掌握船舶在极地低温极端环境中航行时,船舶艏部结构遭遇冰山等极端载荷作用下的主要参数对结构损伤演化过程的影响,揭示船舶艏部结构的失效机理。方法 以船舶艏部结构为研究对象,基于数值仿真方法,开展不同碰撞场景、环境温度、撞击速度、冰体塑性应变、船体材料本构模型、撞击角度等参数对结构损伤的影响研究。结果 建立了数值仿真简化模型,获得了不同参数对结构损伤的影响规律。结论 材料模型对船体结构损伤的影响较小。随着航速增加、撞击角度增大,船体损伤范围增大。随着船体材料性能增强,撞击区刚度增大,船体结构损伤范围减小。形成的损伤演化模拟方法可为极地极端环境下船舶结构损伤演化分析提供技术手段。     

超高速撞击双层铝板损伤实验与仿真研究

以航天器双层防护结构为研究对象,通过实验和数值仿真相结合的方法,对铝球弹丸超高速撞击双层铝板防护结构的损伤特性进行了研究,获得了一定的实验数据,并对弹丸直径、撞击速度及防护间距对铝板损伤特性的影响进行了分析。结果表明:增大弹丸直径,前、后板穿孔直径及后板损伤区域直径大致呈线性增大趋势;增大撞击速度,前板穿孔直径先增大后趋于一致,后板损伤模式变得复杂,出现多个穿孔;增大防护间距,能有效地降低后板损伤程度。     

非对称双轨火箭橇动力学建模与仿真研究

目的 以高速非对称双轨火箭橇系统为研究对象,建立包含橇-轨相互作用的相关动力学模型,开展全轨范围内的动态特性数值模拟研究。方法 在明确火箭橇的组成和动力学过程基础上,对非对称双轨火箭橇进行受力分析,推导和建立非对称火箭橇-轨道耦合动力学模型,并对火箭橇进行自由模态分析。分析获得火箭橇气动力时程曲线、考虑火箭发动机质量损失的附加质量时程曲线,同时重构了轨道不平顺模型作为轨道激励。在此基础上,采用动力学软件分析火箭橇系统的动态特性。结果及结论 产品橇模态高于第二级推力橇,第二级推力橇模态高于火箭橇整体模态。火箭橇加速度随运行速度的增加而增大,竖向加速度大于横向加速度,火箭橇高速运行过程时的危险部位位于侧边翼上,有折断的风险。火箭橇竖向滑靴之间存在相位差,火箭橇竖向做俯仰运动,横向为往复摆动,竖向动力响应约为横向的1~2倍。     

浓度及渗流速度变化时污染物运移过程的求解

基于稳态情形下的解析解,得到污染物浓度及渗流速度随时间变化的非稳态情形下的近似解,并与稳态情形下的计算结果进行验证分析.计算表明,随时间离散间距减小,所得近似解的精确度显著提高.算例分析表明,阻滞因子对污染物吸附量有较大影响,随解吸因子与吸附因子差值的增大,污染物的吸附量逐渐增大.例如,当吸附因子为1.7,解吸因子为1时,污染物吸附量可达到30%.而且,随吸附因子的增大,污染物穿透曲线的峰值减小,而峰值出现时刻也相应滞后.弥散度对吸附量的影响较小,但对污染物的穿透曲线形态有较大影响.随弥散度增大,污染物穿透过程延长,且污染物迁移过程主要受渗流速度影响.     

近地太空污染及其危害

随着航天事业的发展,“太空垃圾”也正在与日俱增,对航天安全构成很大威胁。 据美国宇航局（NASA）1991年估计,在2000千米近地空间约有300万千克太空垃圾,其中用雷达或光学监视系统可测和跟踪的废弃卫星、末级火箭、抛弃的卫星整流罩、爆炸的碎片、卫星脱落的金属粒子和漆片等,大于10厘米的达7000～15000个,小如棒球至针头大小的碎片达35000～150000个,比大头针更小的碎片达300万～4000万个。这种碎片年增长率从1985年的5.6％增加到1986年以后的8.6％,到2010年,太空垃圾可能达到1200万千克。     

民用飞机油箱口盖抗低能量发动机碎片冲击适航验证技术研究

目的 依据适航条款CCAR25.963-e-1的要求,对民用飞机油箱口盖抗低能量发动机碎片冲击能力的适航符合性进行研究。方法 根据适航验证工作需要,制定了飞机油箱口盖抗低能量发动机碎片冲击的适航符合性验证流程,明确了适航取证需要考虑的油箱口盖范围和撞击角度,建立了发动机碎片有限元模型,开展了油箱口盖抗发动机碎片冲击的仿真分析与试验室试验。结果 仿真结果与试验结果对比分析后,二者基本一致,仿真分析基本能预测试验结果。结论 该仿真分析方法可供飞机口盖抗碎片冲击设计使用,该油箱口盖抗低能量碎片冲击适航符合性验证流程可供相似飞机适航取证参考使用。     

静电除尘器粉尘运动轨迹的数值模拟与分析

为了分析线-管式静电除尘器的流动特性以及粉尘收集过程,建立流场、电场和颗粒动力场的数学模型,利用fluent软件对其进行数值模拟。结果表明:逃逸粉尘平均粒径随工作电压增高呈非线性递减关系,但随入口流速增大基本呈线性递增关系;而粉尘向收尘板偏移趋势随工作电压增高而增强,但随入口流速增大而减弱。     

含缺陷车辆转向桥前梁部件极限承载规律研究

目的 研究车辆转向桥前梁在受损情况下的极限承载规律。方法 对转向桥前梁在破片高速侵彻作用下的破坏结果进行数值模拟研究,确定破片正侵彻转向桥前梁不同部位时的侵彻弹道。对含侵彻缺陷的转向桥前梁承受垂直载荷能力进行数值模拟研究。结果 确定了破片正侵彻转向桥前梁不同部位时的侵彻弹道约为圆形通孔。对于直径为1 cm的圆孔缺陷,当位于非易损区时,前梁达到极限承载时在易损区发生断裂,其极限承载能力约为无缺陷时70%;位于易损区时,前梁达到极限承载时裂纹会经过圆孔,其极限承载能力约为无缺陷时60%。以某典型车辆为例,计算得到前梁易损区圆孔缺陷直径超过1.8 cm时,前梁会在车辆的自重下发生塑性屈服。结论 转向桥前梁部件极限承载能力受缺陷尺寸和位置的影响,缺陷尺寸越大,前梁极限承载能力越小。当缺陷位于易损区时,前梁极限承载能力比同尺寸缺陷位于非易损区时更小。该结果可为转向桥功能失效分析提供参考依据。     

上呼吸道内可吸入颗粒物运动及沉降的模拟研究

建立了一个从人体口腔到前3级支气管的上呼吸道3维几何模型和流场计算模型以及可吸入颗粒物运动模型.将数值模拟结果与相关的实验数据进行了对比,表明数值模拟结果与实验结果基本吻合.在此基础上,在拉格朗日框架下追踪研究了可吸入颗粒物的运动轨迹,并统计了颗粒物在气道内不同部位的沉积分数;对人体上呼吸道内可吸入颗粒物的运动及沉积过程以及影响因素进行了分析.结果表明,可吸入颗粒物在上呼吸道内不同部位的沉积与呼吸强度、颗粒物密度以及粒径等因素密切相关;高呼吸强度时颗粒物在气管内的沉积分数明显升高,且随粒径的增大呈下降趋势;颗粒物在喉部的沉积分数最大,可以达到35%左右,但沉积分数受呼吸强度和粒径的影响相对较小;颗粒物在支气管内的沉积分数随粒径增大呈明显下降趋势;中小呼吸强度下颗粒物在支气管内的沉积分数明显高于高呼吸强度下的沉积分数.研究成果可以为可吸入颗粒物对人体健康影响的研究以及医学中气溶胶吸入疗法的研究等提供一定的依据.     

汽车油罐车爆炸燃烧特性的数值模拟分析

汽车油罐车爆炸燃烧是一种发生在受限空间内的燃烧情形,研究汽车油罐车爆炸燃烧过程中湍流速度场和温度场的分布和发展对爆炸冲击波形成与传播的作用规律,对于加强汽车油罐车安全设计和防灾减灾具有积极作用。为探究汽车油罐车在爆炸燃烧时油罐内部的火焰变化情况,建立了汽车油罐车爆炸燃烧模型,通过数值模拟分析得到油罐爆炸燃烧时的温度场和燃气速度场分布情况,以此研究油罐内部爆炸燃烧的发展过程。模拟结果与已有文献试验数据存在较好的吻合性,对汽车油罐车油气爆炸燃烧特性规律的进一步研究及汽车用油罐防爆抑爆设计优化具有参考意义。     

微细颗粒物的边界层近壁面运动

颗粒污染物(如PM_(10)等)在暴露体附近壁面的流动很普遍,与背景流场作用和运动归宿较复杂,且具较大研究和实用意义。本文采用近壁面湍流模型对典型直管边界层颗粒流进行模拟,研究直管湍流中颗粒沉积等特性。研究发现:在本模拟条件下,采用增强壁面模型所得流动与前人DNS结果较吻合,所得颗粒无量纲沉积速度在前人研究结果区间内。无量纲沉积速度随无量纲松弛时间增大而增大,但略有不同。在无量纲松弛时间较小且壁摩擦速度较小时,近壁面模型影响较大。当颗粒数St1时,通过率随St增加而减小,随摩擦速度增大而增大;当St较小时不受影响。本研究初步给出不同近壁面湍流模型对暴露体附近湍流和颗粒流动的影响,有利于颗粒污染物的暴露研究和控制。     

运动环境下FEM-SPH耦合方法钢弹-钢板冲击响应研究

目的研究钢弹冲击钢板的动力学响应。方法采用ABAQUS/Explicit显式有限元分析软件,基于SPH-FEM耦合方法和常规FEM方法对钢弹冲击钢板进行数值模拟,对比两种方法得到的结果。结果用这两种方法模拟得到的钢板Mises应力分布、钢弹速度随时间变化规律及剩余速度基本一致。结论 SPH-FEM耦合方法用于模拟钢板冲击失效过程是可行的。     

LNG蒸气云爆炸试验研究

LNG蒸气云爆炸事故后果严重,开展LNG蒸气云爆炸试验研究十分重要。通过对甲烷(LNG蒸气的主要成分)气云爆炸进行1∶100的缩尺试验研究,并与相同缩尺比例的甲烷爆炸数值模拟计算结果进行对比,验证了模拟结果和试验结果压力峰值的平均误差在30%左右,最大压力出现位置基本一致。可以认为模拟结果和试验结果有较好的一致性。因此在LNG储罐蒸气云爆炸研究过程中,可以考虑使用1∶1典型场景数值模拟对爆炸超压的发展情况进行分析。     

冲击损伤对炸药装药冲击起爆特性的影响

目的研究冲击载荷下炸药内部损伤随时间变化特征对其冲击感度的影响规律。方法针对损伤状态随时间变化的两种典型情况,采用冲击波模拟加载的方式对炸药装药进行损伤实验。损伤的恢复时间很长时,在损伤后将试样放置7天后,再研究其损伤状态对其冲击起爆特性的影响;恢复时间很短时,通过控制冲击损伤实验和冲击感度实验之间的时间间隔模拟多层靶板撞击的实际情况。选择常用的两种奥克托金基炸药作为研究对象,通过冲击感度实验确定临界隔板厚度、设计损伤条件,然后进行两种不同损伤愈合时间后的冲击起爆特性实验,研究损伤状态对炸药装药冲击起爆特性的影响。结果在文中损伤条件下,放置7天后,炸药装药的冲击感度均显著下降,而类似于侵彻多层靶板条件的实验后,炸药装药的冲击感度显著增加。结论炸药装药损伤状态随时间的变化对炸药装药冲击起爆有完全不同的影响趋势,在相关的炸药装药安全性设计时,必须考虑与损伤时间状态相关的冲击起爆特性。     

受限空间小型急冷塔内喷雾蒸发的数值模拟

针对受限空间内小型急冷塔冷却水蒸发过程,运用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,基于涡壳进气型急冷塔研究了喷嘴雾化粒径、喷射速度、喷射角度等喷嘴运行参数对急冷塔内蒸发过程的影响机制。结果表明:随着液滴粒径的增大,液滴蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均随之显著上升,粒径由40 μm增大至80 μm时蒸发时间增加了293%;当液滴喷射速度增加时,液滴的蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均有所下降,但增大至一定程度后其影响作用减弱;随着液滴喷射角度的增大,液滴蒸发时间及轴向蒸发距离减小,而径向蒸发距离无显著变化。因此,在急冷塔尺寸受限时选用70 μm以下的小雾化粒径喷嘴能够直接有效提升急冷塔的运行安全性。同时,与均匀进气型急冷塔相比,采用涡壳进气型急冷塔以及喷嘴成切圆布置方式能够在急冷塔上部形成湍流强化区域,喷嘴雾化粒径为80 μm时,轴向安全裕度可提升7%。该模拟结果可为小型化急冷塔的工程应用提供优化设计方案与运行指导参考。     

管材无模成形温度场的数值模拟及分析

采用有限单元法并结合有限元分析软件 ,对管材无模成形时管材温度场进行数值模拟研究 ,得到管材无模拉伸变形过程中温度场分布规律 ,并对影响温度场的因素加以分析 ,如冷热源间距、冷热源移动速度、加载时间分别对温度场分布的影响 ,该模拟结果与实验结果相吻合。