爆炸與衝擊問題中多物質界面高精度計算方法研究

《爆炸與衝擊問題中多物質界面高精度計算方法研究》是依託北京理工大學，由王成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：爆炸與衝擊問題中多物質界面高精度計算方法研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：王成
• 項目類別：面上項目

項目摘要

爆炸與衝擊問題在國防建設和民用領域中占有極其重要的地位，由於其涉及到多物質在高速、高溫、高壓等極端條件下的物理力學行為，使理論和實驗研究遇到相當大的困難，因此數值模擬便成為研究這類問題的重要手段。本項目一是建立能夠精確描述爆炸與衝擊問題臘講騙的帶有化學反應的流體彈塑性動力學數學物理模型；二是給出普遍適用於多種形式狀態方程的高密度比、高壓力比、強剪下的流體彈塑性問題中的多物質界面的高精度計算方法及其相互作用機理；三是構造出能夠處理衝擊波和爆囑嘗應轟波強間斷的全流場統一的高精度、高解析度差分格式，在此基礎上，對界面捕捉方程與控制方程進行離散，開發出可以對若干典型的爆炸與衝擊問題進行數值計白漿勸墓算的多物質流體彈塑性計算程式；四是建立精細的爆炸實驗方法，驗證和確認數學物理模型和多物質界面處理的高精度計算方法，為武器彈藥系統的設計、研製和重大爆炸災害的預測和評估提供重要的理論依據。

結題摘要

爆炸與衝擊問題在國防建設和民用領域中占有極其重要的地位，由於其涉及到多物質在高速、高溫、高壓等極端條件下的物理力學行為，使理論和實驗研究遇到相當大的困難，因此數值模擬便成為研究這類問題的重要手段。本項目一是利用金森不等式將非線性方程簡化為線性方程，證明了格式關於質量和能量的L1穩定性以及動量的L2穩定性，通過大量的爆轟數值實驗表明我們所提出的數值方法不僅保持了密度與壓強的非負性，而且實現了爆炸與衝擊問題的高精度計算符地譽，解決了高精度計算中物理量為負的難題；二是提出了適用於爆炸問題的逆Lax-Wendroff高精度邊界處理方法，證明了這種方法在邊界處的計算精度可以達到與計算區域內一致的精符戶拒少度；三是建立了能夠模擬各類典型爆炸與衝擊問題的二維多物質流體彈塑性數值計算方法，發展了對混合及自由面格線界面處理的Youngs方法和SLIC方法。為了提高多物質界面的處理精度，對Level Set界面處理方法進行了系統深入的研究，提出了在物質界面處沿界面法向方向建立局部Riemann問題，採用局部Riemann問題的解，對物質界面處真實流體的物理量進行修正，禁芝克服了傳統方法在解決強間斷問題時引起虛假物理解的困難。在物質界面處套用GFM和RGFM相結合的方法對兩側物質狀態進行修正，很好地解決了爆炸波傳播過程中的對稱性問題。四是發展了可以處理帶有化學反應的強間斷的高精度加權本質非振盪WENO格式和龍格—庫塔間斷伽禁烏遙遼金方法（RKDG），提高了高速化學反應流動中連續和強間斷共存複雜流場模擬的準確性。集成自主構造的計算格式，研發出基於MPI的爆炸與衝擊問題的高精度並行計算程式，該程式可以有效實現聚能射流的形成及其侵徹、混凝土中爆炸、氣體爆炸、凝聚相炸藥的起爆及拐角爆轟以及水下爆炸等問題的數值模擬。計算結果與實驗結果吻合的較好，表明所建立的數學物理模型、數值計算方法和多物質界面處理方法是可行的。以上成果為武器彈藥系統的設計、研製和重大爆炸災害的預測和評估提供重要的理論依據。