高能材料能量传递的差分方法分析与产品配方系统设计

发布时间：2017-08-02 16:16

  本文关键词：高能材料能量传递的差分方法分析与产品配方系统设计

  更多相关文章： 差分方法分析 数值模拟 迎风格式 Beam-Warming差分格式 JWL状态方程系数标定 配方设计系统

【摘要】：高能材料的能量传递由于其特殊性,一直是研究的重要课题。对于该课题的数值计算方法大致可分为有限元方法和有限差分方法。基于有限元法,国外专家开发出了一些功能强大的有限元软件,比如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等,但是这些软件平台过于庞大,对于开发专业的配方设计系统软件来说,存在极大的冗余。并且材料模板有限,参数设置复杂,计算无后继性。根据国家安全局的调查结果,这些软件都存在一些后门,无法保证国家信息的安全。因此,我们基于有限差分方法对该课题以及配方设计系统进行讨论。有限差分法采用简单的网格划分,网格细化带来的计算量要远远小于有限元方法,只要满足一定的网格比要求,数值计算都可以继续下去。差分格式容易理解,参数设置较为简单,软件实现较为容易,便于开发专业的配方设计系统软件。先前已有学者基于Lax-Friedrichs差分方法,对高能材料能量传递进行了数值模拟与分析,取得了不错的效果。本文分别对一阶Lax-Friedrichs差分格式、一阶迎风格式、二阶Lax-Wendroff格式、二阶Beam-Warming格式进行截断误差以及稳定性条件方面的理论分析,再加上对不同高能材料配方进行大量数值试验,最终决定采用迎风格式与Beam-Warming格式相结合的差分方法(UW-BW方法),中间根据比例距离加入开关机制,作为我们高能材料配方设计系统开发的基础。数值试验中,我们基于该差分方法,对三种单质高能材料进行数值模拟与分析,并将其加入单质高能材料配方材料库；对两种高能材料组成的混合高能材料进行数值模拟与分析,总结了JWL状态方程系数与材料成份的关系式,用于指导混合高能材料库的开发；对三类含铝含AP配方进行了数值模拟与分析,分别总结出JWL状态方程系数与配方成份的关系式,可以用于指导含铝含AP配方库的开发。最后我们根据总结出来的规律,开发了一个高能材料配方设计系统软件,该软件包含爆轰参数计算、基于UW-BW差分方法的数值模拟计算以及基于经验公式方法的超压峰值计算。
【关键词】：差分方法分析 数值模拟 迎风格式 Beam-Warming差分格式 JWL状态方程系数标定 配方设计系统
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O241.82;TP311.52
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 论文研究背景9-10
• 1.2 冲击波传播数值模拟计算方法研究现状10
• 1.3 本文的研究内容10-13
• 2 冲击波压力传播模型13-15
• 2.1 流体力学方程组13-14
• 2.2 状态方程14-15
• 2.2.1 JWL状态方程14
• 2.2.2 想气体状态方程14-15
• 3 冲击波传播数值模拟计算方法分析15-23
• 3.1 经验公式与有限元计算方法15
• 3.2 有限差分方法分析15-17
• 3.3 采用开关机制的有限差分方法17-23
• 3.3.1 差分离散格式18-19
• 3.3.2 数值结果比较19-23
• 4 基于差分方法的产品配方设计分析23-34
• 4.1 单质高能材料配方设计分析23-24
• 4.2 混合高能材料配方设计分析24-26
• 4.3 含铝含AP高能材料配方设计分析26-34
• 4.3.1 含铝高能材料冲击波传播模型28
• 4.3.2 只含铝配方设计分析28-30
• 4.3.3 只含AP配方设计分析30-32
• 4.3.4 含铝含AP配方设计分析32-34
• 5 爆轰参数与经验公式计算方法分析34-36
• 5.1 爆轰参数计算分析34
• 5.2 经验公式计算方法分析34-36
• 6 高能材料配方系统软件设计36-44
• 6.1 爆轰参数计算软件设计36-38
• 6.2 有限差分方法数值模拟软件设计38-41
• 6.2.1 单质高能材料配方数值模拟软件设计38-39
• 6.2.2 混合高能材料配方数值模拟软件设计39-40
• 6.2.3 含铝高能材料配方数值模拟软件设计40-41
• 6.3 经验公式方法计算软件设计41-44
• 7 结论和展望44-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-48

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本文编号：610136