《光滑粒子法的改進及其在凝聚炸藥爆轟問題中的套用》是依託湖南大學，由楊剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：光滑粒子法的改進及其在凝聚炸藥爆轟問題中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊剛
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
凝聚炸藥的爆轟及爆轟驅動金屬是涉及高溫、高壓和大變形的瞬態回響過程。基於實驗的研究會涉及經費投入和安全性等問題，而理論研究則不易於分析爆轟的中間過程，因而數值模擬成為了凝聚炸藥爆轟問題研究的重要手段之一。本項目擬針對凝聚炸藥爆轟問題所具有的物理特性，利用光滑粒子在模擬強間斷、大變形等瞬態回響問題中所具有的優點，進一步對光滑粒子法進行理論研究並將其套用到凝聚炸藥爆轟問題中去。主要的研究內容包括以下幾個方面：（1）在光滑粒子法中嵌入凝聚炸藥起爆的反應率方程，並通過對反應區及強間斷區域附近粒子的跟蹤來引入類似黎曼解的處理方法來提高波陣面處數值模擬的精度和防止因物理量的突變而造成的數值振盪；（2）在基於黎曼解光滑粒子法的基礎上，針對爆轟問題中存在多相介質相互作用的特性，發展異相介質粒子間接觸處理算法；（3）開發模擬凝聚炸藥爆轟及爆轟驅動金屬等問題的光滑粒子法程式，並進行驗證分析。
結題摘要
按照項目研究計畫，基於無格線光滑粒子法（SPH）對凝聚炸藥起爆過程及凝聚炸藥爆炸作用下介質的回響等物理問題進行模擬研究，並根據凝聚炸藥爆炸回響問題所具有的特性對SPH方法進行改進，使其能更有效、穩定地再現凝聚炸藥爆炸回響過程。通過項目資助，完成了以下具體的研究工作： （1）通過將描述凝聚炸藥反應過程的點火-增長模型嵌入到SPH方法中，實現了SPH方法對凝聚炸藥起爆過程的模擬。分別以PBX-9404和TATB兩種典型凝聚炸藥的起爆過程為例開展了分析，驗證了嵌入點火-增長模型後的SPH方法能有效模擬凝聚炸藥的起爆過程，並且數值精度也令人滿意。同時分析了粒子數目對該問題模擬的影響，由結果得知粒子數目對嵌入點火-增長模型後的SPH方法模擬結果影響不大。並據此將算法拓展到二維問題，再現了凝聚炸藥兩點起爆後柱形爆轟波的形成及交匯過程； （2）實現了凝聚炸藥在飛片衝擊作用下的起爆模擬，該起爆回響過程涉及到不同材料粒子點間的相互作用，並且採用傳統SPH方法模擬時，峰值壓力附近存在數值振盪。通過研究，對不同材料粒子點間的相互作用採用了粒子接觸算法進行處理，同時基於黎曼解對SPH方法進行修正，對傳統SPH方法在模擬該問題時出現的壓力振盪進行了處理。最後，採用修正後的SPH方法再現了飛片衝擊作用下凝聚炸藥的起爆過程，並且獲得的特徵參量比傳統的SPH方法精度要高； （3）採用所實現的模擬凝聚炸藥起爆的SPH方法對涉及凝聚炸藥爆炸過程的物理問題開展了研究，並根據模擬分析的需求，在研究過程中實現了軸對稱SPH方法及FE-SPH耦合方法。分別對線性聚能射流的形成過程、長桿彈侵徹反應裝甲的過程、含鋁炸藥在混凝土介質中的爆炸回響過程進行了模擬研究，通過數值模擬結果及相關參考數據或實驗數據的比較分析，驗證了本項目研究實現的SPH方法對該類問題模擬的可靠性。在項目的資助下，項目組按項目計畫順利完成了項目的研究，並由研究總結完成學術論文共8篇，其中已接收發表的論文6篇，已投稿處於審稿中的論文2篇，在已接收的論文中有3篇SCI、1篇EI及2篇一般期刊論文。項目開展期間，項目組參加學術會議12人次。項目研究在人才培養方面已畢業碩士研究生1名，在讀博士生2名，在讀碩士生2名。 最後再次感謝自然科學基金委對項目的資助使本項目得以開展並順利完成。
