爆炸与冲击问题的高精度界面处理及数值研究
发布时间：2021-05-11 06:49
爆炸与冲击问题的高精度数值模拟在煤矿瓦斯爆炸、城市反恐以及武器装备研发等公共安全和国防建设领域都具有十分重要的理论价值和工程应用前景。基于有限差分方法的爆炸与冲击问题高精度数值模拟的关键技术是如何实现耦合界面的高精度数值处理。本文紧紧围绕这一核心问题,系统地开展了基于化学反应Euler/NavierStokes控制方程组复杂固壁边界的高精度数值处理研究以及爆炸产物与气/液耦合界面和弹塑性大变形问题耦合界面的高精度数值处理研究,避免了不恰当的界面处理造成内部流场数值结果的污染,提高了界面数值计算的守恒性和整个程序的鲁棒性,实现了在复杂结构中火焰加速、爆燃转爆轰、爆轰波传播以及弹塑性大变形等问题的高精度数值模拟。本文的主要研究工作及创新点如下:（1）针对热、力、化耦合的爆炸与冲击复杂动力学问题,构建了能够描述火焰加速、爆燃转爆轰以及爆轰波传播的化学反应动力学控制方程组、空中爆炸及水下爆炸的多物质耦合动力学演化模型以及高速冲击条件下弹塑性大变形控制方程组。实现了爆炸与冲击问题控制方程组的局部特征分解,发展了能够处理强间断及大变形问题的高精度有限差分WENO（Weighted Essentia...
【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高精度数值方法研究概况
1.3 高精度边界处理研究概况
1.4 爆轰波在复杂结构中传播研究概述
1.5 多物质耦合作用问题研究现状
1.5.1 界面追踪及处理方法概述
1.5.2 可压缩大变形问题的研究概述
1.6 本文的主要工作
第二章 数学模型及离散方法
2.1 引言
2.2 二维化学反应NS控制方程组
2.3 二维化学反应Euler控制方程组
2.4 三维空中及水下爆炸控制方程组
2.5 弹塑性大变形模型
2.5.1 弹塑性本构关系
2.5.2 偏应力修正方法
2.5.3 强度模型
2.5.4 三维弹塑性动力学控制方程组
2.6 高精度有限差分数值方法
2.7 大规模并行化方法
2.8 本章小结
第三章 高精度边界处理方法
3.1 引言
3.2 ILW方法的基本思想
3.3 基于两步反应Euler方程组的高精度边界处理
3.4 基于化学反应NS方程组的高精度边界处理
3.5 WENO类型的高精度插值
3.6 本章小结
第四章 多物质界面追踪及处理
4.1 引言
4.2 LS方程及重新初始化
4.3 虚拟流体方法
4.4 多物质界面状态求解方法
4.4.1 通用形式EOS的双稀疏波求解
4.4.2 有效性验证
4.5 本章小结
第五章 高精度边界处理在气相爆轰模拟中的应用
5.1 引言
5.2 实验对比验证
5.3 不同边界处理方法对比
5.4 爆轰波在复杂管道中传播机理研究
5.4.1 爆轰波对三角柱绕流研究
5.4.2 爆轰波在U形管道中的传播
5.4.3 爆轰波在带一组凹槽管道中传播
5.5 斜爆轰数值研究
5.6 障碍物对爆燃转爆轰的影响
5.7 本章小结
第六章 多物质耦合大变形问题高精度数值研究
6.1 引言
6.2 爆炸实验验证
6.3 环形隔层消波效应数值研究
6.3.1 收敛性验证
6.3.2 气体隔层消波机理
6.4 弹塑性冲击大变形问题研究
6.4.1 泰勒杆冲击测试
6.4.2 二维微孔洞坍塌
6.4.3 铜质圆柱冲击铜质靶板
6.4.4 铜质杆高速侵彻钢板
6.4.5 三维弹塑性微孔洞坍塌
6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]强冲击问题的物质点有限元法[J]. 张雄,廉艳平,刘岩. 科技创新导报. 2016(18)
[2]空气自由场中强爆炸冲击波传播二维数值模拟[J]. 姚成宝,李若,田宙,郭永辉. 爆炸与冲击. 2015(04)
[3]聚能装药侵彻混凝土数值模拟[J]. 许香照,马天宝,宁建国. 计算机辅助工程. 2015(02)
[4]水下爆炸气泡脉动试验研究[J]. 张姝红,周华,权琳,金辉. 爆破. 2014(01)
[5]多功能水中爆炸实验装置抗爆性能分析与试验研究[J]. 伍俊,庄铁栓,闫鹏,肖玲. 防护工程. 2013 (04)
[6]EFP侵彻钢靶板过程的光滑粒子法数值模拟研究[J]. 苏文周. 四川兵工学报. 2013(06)
[7]三维气相爆轰动态并行计算程序设计与开发[J]. 王成,韩文虎,宁建国. 计算力学学报. 2012(06)
[8]爆炸近区流场的数值模拟方法研究[J]. 徐春光,白晓征,刘瑜,刘君. 兵工学报. 2012(05)
[9]空气隔层对水中冲击波的衰减特性[J]. 贾虎,沈兆武. 爆炸与冲击. 2012(01)
[10]冲击爆炸问题的三维物质点法数值仿真[J]. 张雄,廉艳平,杨鹏飞,李金光,张衍涛,王汉奎,刘岩. 计算机辅助工程. 2011(04)
本文编号：3180938
【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高精度数值方法研究概况
1.3 高精度边界处理研究概况
1.4 爆轰波在复杂结构中传播研究概述
1.5 多物质耦合作用问题研究现状
1.5.1 界面追踪及处理方法概述
1.5.2 可压缩大变形问题的研究概述
1.6 本文的主要工作
第二章 数学模型及离散方法
2.1 引言
2.2 二维化学反应NS控制方程组
2.3 二维化学反应Euler控制方程组
2.4 三维空中及水下爆炸控制方程组
2.5 弹塑性大变形模型
2.5.1 弹塑性本构关系
2.5.2 偏应力修正方法
2.5.3 强度模型
2.5.4 三维弹塑性动力学控制方程组
2.6 高精度有限差分数值方法
2.7 大规模并行化方法
2.8 本章小结
第三章 高精度边界处理方法
3.1 引言
3.2 ILW方法的基本思想
3.3 基于两步反应Euler方程组的高精度边界处理
3.4 基于化学反应NS方程组的高精度边界处理
3.5 WENO类型的高精度插值
3.6 本章小结
第四章 多物质界面追踪及处理
4.1 引言
4.2 LS方程及重新初始化
4.3 虚拟流体方法
4.4 多物质界面状态求解方法
4.4.1 通用形式EOS的双稀疏波求解
4.4.2 有效性验证
4.5 本章小结
第五章 高精度边界处理在气相爆轰模拟中的应用
5.1 引言
5.2 实验对比验证
5.3 不同边界处理方法对比
5.4 爆轰波在复杂管道中传播机理研究
5.4.1 爆轰波对三角柱绕流研究
5.4.2 爆轰波在U形管道中的传播
5.4.3 爆轰波在带一组凹槽管道中传播
5.5 斜爆轰数值研究
5.6 障碍物对爆燃转爆轰的影响
5.7 本章小结
第六章 多物质耦合大变形问题高精度数值研究
6.1 引言
6.2 爆炸实验验证
6.3 环形隔层消波效应数值研究
6.3.1 收敛性验证
6.3.2 气体隔层消波机理
6.4 弹塑性冲击大变形问题研究
6.4.1 泰勒杆冲击测试
6.4.2 二维微孔洞坍塌
6.4.3 铜质圆柱冲击铜质靶板
6.4.4 铜质杆高速侵彻钢板
6.4.5 三维弹塑性微孔洞坍塌
6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]强冲击问题的物质点有限元法[J]. 张雄,廉艳平,刘岩. 科技创新导报. 2016(18)
[2]空气自由场中强爆炸冲击波传播二维数值模拟[J]. 姚成宝,李若,田宙,郭永辉. 爆炸与冲击. 2015(04)
[3]聚能装药侵彻混凝土数值模拟[J]. 许香照,马天宝,宁建国. 计算机辅助工程. 2015(02)
[4]水下爆炸气泡脉动试验研究[J]. 张姝红,周华,权琳,金辉. 爆破. 2014(01)
[5]多功能水中爆炸实验装置抗爆性能分析与试验研究[J]. 伍俊,庄铁栓,闫鹏,肖玲. 防护工程. 2013 (04)
[6]EFP侵彻钢靶板过程的光滑粒子法数值模拟研究[J]. 苏文周. 四川兵工学报. 2013(06)
[7]三维气相爆轰动态并行计算程序设计与开发[J]. 王成,韩文虎,宁建国. 计算力学学报. 2012(06)
[8]爆炸近区流场的数值模拟方法研究[J]. 徐春光,白晓征,刘瑜,刘君. 兵工学报. 2012(05)
[9]空气隔层对水中冲击波的衰减特性[J]. 贾虎,沈兆武. 爆炸与冲击. 2012(01)
[10]冲击爆炸问题的三维物质点法数值仿真[J]. 张雄,廉艳平,杨鹏飞,李金光,张衍涛,王汉奎,刘岩. 计算机辅助工程. 2011(04)
本文编号：3180938
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