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光滑粒子流体动力学方法在二维爆轰中的模拟应用

作　者: 何江华
导　师: 姚熊亮
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: SPH方法高能炸药爆轰数值模拟
分类号: U661.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,舰船生命力成为世界各国研究的热点,而高能炸药在水中爆炸对舰船的破坏作用直接影响了舰船的生命力。因此,有必要对高能炸药在水中爆炸的情形有比较透彻的认识。高能炸药的爆炸过程涉及了自由表面,变形边界,运动物质交界面及极大变形等问题,传统的基于网格的方法,如有限元法,很难处理此类问题。而光滑粒子流体动力学(SPH)方法,是一种自适应性的,具有拉格朗日性质的无网格方法,它很适合处理这种具有极大变形的问题。高能炸药的一维爆轰有理论解,因此,它常用来作为测试高能炸药数值模拟方法的基准。然而,当所研究的模型由一维变为二维,甚至三维的时候,粒子数目变得非常巨大,仍然采用处理一维问题的方法来研究二维,三维问题,程序运行不仅非常耗时,计算结果的误差也会非常大,甚至错误。本文就是在这种情况下,利用SPH方法对二维TNT的爆轰进行了模拟研究。本文对二种不同的装药方式,利用了二种不同的处理光滑长度的方法进行了模拟,并将所得到的结果与理论值,实验值进行了对比分析,指出了误差产生的根源,并提出了减少误差的方法。由结果可知：采用变光滑长度的方法处理二维爆轰问题,能够得到相当精确的结果。利用SPH方法能较好地预测到不同时刻,爆轰波的图形,同时能得到不同时刻,系统的压力,密度,速度及内能分布,这些结果都达到了较高的精度。这说明利用SPH方法能很好地模拟高能炸药的爆轰过程。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 研究的目的及意义  10-12
  1.2 拉格朗日法和欧拉法  12-14
  1.3 无网格法  14-15
  1.4 光滑粒子流体动力学(SPH)及其简史  15-16
  1.5 论文主要内容  16-17
第2章 SPH方法的基本理论  17-46
  2.1 SPH的基本步骤  17-20
  2.2 SPH方法的基本方程  20-25
    2.2.1 函数的积分  20-22
    2.2.2 函数的导数积分  22-23
    2.2.3 粒子近似法  23-25
  2.3 光滑函数的构造及常见光滑函数  25-32
    2.3.1 场函数的近似  25-27
    2.3.2 场函数导数的近似  27-29
    2.3.3 构造多项式光滑函数  29-30
    2.3.4 一些常见的光滑函数  30-32
  2.4 SPH方法中的一些关键技术  32-41
    2.4.1 粒子搜索法  32-35
    2.4.2 粒子的光滑长度  35-37
    2.4.3 人工粘度  37-39
    2.4.4 边界处理  39-41
  2.5 流体动力学的基本控制方程  41-45
    2.5.1 Navier-Stokes方程  41-42
    2.5.2 密度的粒子近似式  42-43
    2.5.3 动量方程的粒子近似法  43-44
    2.5.4 能量方程的粒子近似法  44-45
  2.6 本章小结  45-46
第3章爆轰的基本理论  46-64
  3.1 爆炸的特征及一些基本概念  46-51
  3.2 爆轰波基本方程  51-55
  3.3 爆轰波的二种曲线图  55-57
    3.3.1 Rayleigh线  55-56
    3.3.2 Hugoniot线  56-57
  3.4 爆轰稳定传播的条件  57-59
  3.5 爆轰产物的几种常见状态方程  59-63
    3.5.1 JWL状态方程  60-61
    3.5.2 BKW状态方程  61-62
    3.5.3 VLW状态方程  62-63
  3.6 本章小结  63-64
第4章 SPH方法在二维炸药爆轰中的模拟应用  64-84
  4.1 高能炸药爆轰的相关理论计算  64-67
  4.2 正方形装药的TNT爆轰过程的SPH计算  67-72
    4.2.1 爆轰过程各个时刻的爆轰波图形  68-70
    4.2.2 爆轰过程的压力,密度,速度及内能分布  70-72
  4.3 圆形装药的TNT爆轰过程的SPH计算  72-81
    4.3.1 爆轰过程各个时刻的爆轰波图形  73-74
    4.3.2 爆轰过程的压力,速度,密度及内能分布  74-81
  4.4 二种方法的对比及误差的分析  81-82
  4.5 本章小结  82-84
结论  84-87
参考文献  87-92
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  92-93
致谢  93

光滑粒子流体动力学方法在二维爆轰中的模拟应用

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