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炸药爆轰及水下爆炸的SPH数值模拟研究

作　者: 时立国
导　师: 汤文辉
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 力学
关键词: 光滑粒子流体动力学(SPH) 炸药爆轰水下爆炸数值模拟
分类号: O382.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文对炸药爆轰及水下爆炸的光滑粒子流体动力学(SPH)数值模拟方法进行了理论研究、程序设计和算例分析,主要工作和研究成果如下:1.调研了大量SPH方法的相关文献,掌握了SPH方法的基本理论和数值模拟程序的设计方法,并通过大量的程序实践,对SPH数值计算相关问题、SPH方法在应用中存在的缺陷和不足以及SPH方法的研究进展和发展趋势有了较好的了解;2.调研了炸药爆轰及水下爆炸方面的相关文献,对于炸药爆轰及水下爆炸的理论及研究现状有了一定的了解;在此基础上选取了适当的可用于炸药爆轰及水下爆炸模拟的控制方程和物态方程,并说明了所选取的炸药爆轰模型在SPH方法中的具体实施步骤及其运行机理;3.用SPH方法对求解炸药爆轰及水下爆炸问题的基本方程组进行了离散,并编制了直角坐标系下的适合广义流体动力学和炸药爆轰及水下爆炸问题研究的SPH计算程序;4.应用所编制的程序,对一系列炸药爆轰及水下爆炸问题进行了数值模拟和分析。在炸药爆轰模拟中,本文对一维平板炸药爆轰和平面二维楔形装药爆轰两个算例进行了研究分析,从模拟分析结果可知,应用SPH方法能很好地预测出爆轰波的大小和形状,以及爆炸过程中的压力分布,并且模拟过程中炸药爆炸的主要物理性质都能被捕获下来;在水下爆炸模拟中,通过引入点对点交界面处理方法,分别对一维平板炸药水下爆炸和二维方形炸药水下爆炸进行了模拟。数值算例结果显示,SPH方法经过一些适当的调整后在模拟水下爆炸早期的物理现象(如冲击)时非常有效。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第1章绪论  11-17
  1.1 光滑粒子流体动力学(SPH)方法简介  11-12
  1.2 炸药爆轰及水下爆炸概述  12-14
  1.3 课题背景  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
第2章光滑粒子(SPH)方法的概念和基本方程  17-29
  2.1 光滑粒子法的基本思想  17
  2.2 光滑粒子法的基本方程  17-19
  2.3 光滑函数  19-21
  2.4 广义流体动力学中的SPH公式  21-22
  2.5 SPH数值计算相关问题  22-27
    2.5.1 人工粘性  22-23
    2.5.2 光滑长度  23-24
    2.5.3 粒子间相互作用的对称性  24-25
    2.5.4 边界问题  25-26
    2.5.5 时间积分  26
    2.5.6 近邻粒子搜索(NNPS)  26-27
  2.6 改进的光滑粒子法简介  27-29
第3章炸药爆轰与水下爆炸理论  29-37
  3.1 炸药爆轰过程  29-31
  3.2 水下爆炸现象  31-37
第4章炸药爆轰及水下爆炸的SPH数值模拟方法  37-43
  4.1 控制方程与SPH公式  37-38
  4.2 物态方程  38-39
  4.3 炸药爆轰模型  39-40
  4.4 光滑长度的优化和松弛  40-41
  4.5 物质交界面的处理  41-43
第5章算例及分析  43-71
  5.1 一维平板炸药爆轰  43-50
    5.1.1 一维TNT固壁边界起爆  43-44
    5.1.2 一维TNT自由边界起爆  44-46
    5.1.3 固壁边界和自由边界起爆的比较分析  46-47
    5.1.4 一维PBX-9404固壁边界起爆  47
    5.1.5 与爆轰模型相关的几点讨论  47-50
  5.2 平面二维楔形装药爆轰  50-59
    5.2.1 楔形装药线起爆  51-55
    5.2.2 楔形装药点起爆  55-59
  5.3 一维平板炸药水下爆炸  59-63
    5.3.1 真实爆炸模型  59-60
    5.3.2 人工爆炸模型  60-61
    5.3.3 关于间断  61-63
  5.4 二维方形炸药水下爆炸  63-71
第6章结束语  71-73
  6.1 主要研究成果  71-72
  6.2 下一步的工作  72-73
致谢  73-75
参考文献  75-80

炸药爆轰及水下爆炸的SPH数值模拟研究

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