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泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律

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高压物理学报 2017年第5期31卷 619-628页

作者：徐维铮吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院船舶海洋与结构工程系湖北武汉430063

约束空间爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律,采用三阶WENO有限差分格式,编写了约束空间内炸药爆炸冲击波三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰... 详细信息

约束空间爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律,采用三阶WENO有限差分格式,编写了约束空间内炸药爆炸冲击波三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例验证了数值程序的可靠性。基于验证的程序开展了带有泄压口的约束空间内爆炸载荷数值计算。在分析数值计算结果基础上,提出了描述准静态超压载荷简化理论公式,该理论公式与数值计算结果吻合较好。研究结果可为工程抗爆结构设计提供一定的参考和指导。

关键词：约束空间爆炸三阶WENO格式数值计算准静态超压载荷简化理论公式

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多层防护结构舱内爆炸试验

船舶力学 2017年第1期21卷 76-89页

作者：孔祥韶徐维铮郑成吴卫国吴国民高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉430063 武汉理工大学交通学院船舶、海洋与结构工程系武汉430063 中国舰船研究设计中心武汉443003

舰船舷侧多层防护结构的主要作用是抵御反舰武器对内部结构的破坏。文章通过反舰武器战斗部模型在舰船舷侧防护结构内部爆炸的模拟试验,研究了战斗部内爆作用下防护结构的破坏模式、多层防护结构防御冲击波和高速破片的效果以及内部结... 详细信息

舰船舷侧多层防护结构的主要作用是抵御反舰武器对内部结构的破坏。文章通过反舰武器战斗部模型在舰船舷侧防护结构内部爆炸的模拟试验,研究了战斗部内爆作用下防护结构的破坏模式、多层防护结构防御冲击波和高速破片的效果以及内部结构的冲击响应,对比分析了空舱和水舱在战斗部接近爆炸作用下的变形和破坏情况。通过对试验数据的分析发现在战斗部接近爆炸载荷作用下,水舱内板的动态响应出现了"二次加载"现象。

关键词：多层防护结构破片冲击波战斗部抗爆试验破坏模式

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后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律

中国舰船研究 2019年第1期14卷 52-58页

作者：徐维铮吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自... 详细信息

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自主编写约束空间内炸药爆炸后燃烧过程的二维数值计算程序。基于自主程序开展不同工况下内爆炸后燃烧效应数值计算,探讨内爆炸过程中反应速率及后燃烧能量大小对爆炸载荷的影响规律。[结果]研究表明:在后燃烧能量大小一定的情况下,反应速率常数增大时,冲击波到达时间提前,冲击波峰值、冲量均增大,准静态超压峰值保持不变;在反应速率常数一定的情况下,随着后燃烧能量的增大,冲击波峰值、冲量及准静态超压峰值均增大;后燃烧能量的加入能显著增强爆炸载荷强度。[结论]研究成果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。

关键词：约束空间内爆炸后燃烧效应反应率模型五阶WENO格式爆炸载荷

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舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究

中国造船 2018年第2期59卷 129-139页

作者：郑成孔祥韶徐维铮吴卫国高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉430063 武汉理工大学交通学院船舶、海洋与结构工程系武汉430063

相对于敞开环境来说,发生在封闭舱室内的爆炸将对舰船结构造成更加严重的毁伤。论文对四边夹持约束的方形加筋板在舱内爆炸载荷作用下的动态响应进行了试验研究,分析加筋板结构的塑性大变形特征和舱室封闭程度对爆炸载荷作用效果的影响... 详细信息

相对于敞开环境来说,发生在封闭舱室内的爆炸将对舰船结构造成更加严重的毁伤。论文对四边夹持约束的方形加筋板在舱内爆炸载荷作用下的动态响应进行了试验研究,分析加筋板结构的塑性大变形特征和舱室封闭程度对爆炸载荷作用效果的影响。试验结果表明:加筋板在舱内爆炸载荷作用下主要是发生整体塑性变形,中心变形挠度远远大于板厚值,中面膜力在板变形过程中起主要作用。与敞开环境爆炸载荷作用效果相比,舱内爆炸载荷作用在加筋板上的"等效损伤冲量"提高了6~8倍。结构变形主要取决于舱室壁面的反射冲击波和舱内准静态压力载荷。舱壁开孔降低了舱室壁面的封闭限制效果,导致舱内准静态压力载荷衰减速度加大,从而降低了爆炸载荷对结构的破坏能力。

关键词：舱内爆炸加筋板响应试验塑性大变形等效损伤冲量

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三阶WENO-Z格式精度分析及其改进格式

应用数学和力学 2018年第8期39卷 946-960页

作者：徐维铮吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通学院船舶海洋与结构工程系武汉430063

首先通过理论推导给出了三阶WENO格式(WENO-JS3格式)满足收敛精度的充分条件.采用Taylor(泰勒)级数展开的方法,分析发现传统的三阶WENO-Z格式(WENO-Z3格式)在光滑流场极值点处精度降低.为了提高WENO-Z3格式在极值点处的计算精度,根据收... 详细信息

首先通过理论推导给出了三阶WENO格式(WENO-JS3格式)满足收敛精度的充分条件.采用Taylor(泰勒)级数展开的方法,分析发现传统的三阶WENO-Z格式(WENO-Z3格式)在光滑流场极值点处精度降低.为了提高WENO-Z3格式在极值点处的计算精度,根据收敛精度的充分条件构造一种改进的三阶WENO-Z格式(WENO-NZ3格式),并综合权衡计算精度和计算稳定性确定所构造格式的参数.通过两个典型的精度测试,验证了WENO-NZ3格式在光滑流场极值点区域逼近三阶精度.选用Sod激波管、激波与熵波相互作用、Rayleigh-Taylor不稳定性、二维Riemann(黎曼)问题经典算例,进一步证实了本文提出的WENO-NZ3格式相较其他格式(WENO-JS3、WENOZ3、WENO-N3),不仅提高了计算精度,而且提高了对复杂流场结构的分辨率.

关键词：三阶WENO格式光滑因子 Taylor展开高精度高分辨率双曲守恒律

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约束空间内爆超压载荷影响因素二维数值模拟

中国舰船研究 2019年第2期14卷 91-98页

作者：徐维铮吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸... 详细信息

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸波高精度数值计算程序,利用所开发的程序对舱内爆炸超压载荷的影响因素进行初步探讨。[结果]研究表明,增大炸药运动速度、选取特定的初始界面扰动、减小网格尺寸均能较明显地提高舱内爆炸冲击波峰值,但对准静态超压载荷的影响较小。[结论]研究结果可为抗爆结构设计及舱内爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。

关键词：约束空间爆炸冲击载荷超压载荷炸药运动界面扰动网格尺寸数值计算

约束空间爆炸冲击波高精度数值计算及实验验证

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哈尔滨工程大学学报 2017年第7期38卷 1151-1161页

作者：徐维铮孔祥韶郑成吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063

当爆炸发生在约束空间中时,冲击波的传播和演化特性将更加复杂,其对内部结构产生的毁伤破坏效应也更加严重。为了准确评估约束空间内的爆炸载荷,本文提出了改进的五阶WENO有限差分格式,并采用经典算例对其计算精度进行了验证,编写了三... 详细信息

当爆炸发生在约束空间中时,冲击波的传播和演化特性将更加复杂,其对内部结构产生的毁伤破坏效应也更加严重。为了准确评估约束空间内的爆炸载荷,本文提出了改进的五阶WENO有限差分格式,并采用经典算例对其计算精度进行了验证,编写了三维约束空间内柱形TNT爆炸冲击波计算的数值程序。开展了约束空间内柱形TNT爆炸实验,采用本文程序对实验过程进行了数值计算,通过与实验数据的对比验证了数值计算程序的可靠性,在此基础上开展了约束空间爆炸载荷的影响因素研究。结果表明本文程序可快速准确地计算出约束空间内的爆炸载荷,为结构抗爆设计提供可靠的载荷输入。

关键词：约束空间数值计算五阶WENO格式柱形TNT爆炸爆炸冲击波爆炸载荷

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一种三阶WENO-Z格式改进方法

北京航空航天大学学报 2017年第12期43卷 2400-2405页

作者：徐维铮孔祥韶郑成吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通学院武汉430063

高分辨率激波捕捉格式对含激波流场的数值模拟具有重要意义。在三阶WENO-Z格式(WENO-Z3)基础上,通过构造不同形式的全局光滑因子得到WENO-Z3N1、WENO-Z3N2、WENO-Z3N3格式。选取Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例... 详细信息

高分辨率激波捕捉格式对含激波流场的数值模拟具有重要意义。在三阶WENO-Z格式(WENO-Z3)基础上,通过构造不同形式的全局光滑因子得到WENO-Z3N1、WENO-Z3N2、WENO-Z3N3格式。选取Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例,考察了3种格式(WENO-Z3N1、WENO-Z3N2、WENO-Z3N3)的计算性能。根据泰勒级数展开,理论推导给出3种格式的精度分析。通过探讨各格式理论精度与实际计算精度之间的关系得到如下结论:3种格式在连续解非极值点处的理论精度对实际计算性能起决定性的作用,并通过双马赫反射问题进一步验证该结论的可靠性。本文的研究给出一种三阶WENO-Z格式的改进方法,合理构造全局光滑因子使得格式在连续解非极值点处满足设计精度的要求。

关键词：三阶WENO-Z格式全局光滑因子精度分析低耗散高分辨率

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一种水下爆炸冲击波压力调控方法

爆炸与冲击 2022年第8期42卷 49-60页

作者：黄超张磐曾繁徐维铮王杰刘娜中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999

起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响,这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验,基于细长装药结构和参数... 详细信息

起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响,这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验,基于细长装药结构和参数优化设计,设计了一种冲击波压力幅值和持续时间可调的装药方法。首先,基于简单波理论给出了水下爆炸冲击波压力调控的原理,以及装药参数优化设计的目标函数和约束条件;然后,采用自主数值模拟软件研究了细长装药的水下爆炸能量输出规律,通过实验验证了数值模拟的置信度,研究发现起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力峰值和持续时间的影响是显著的,在炸药爆速一定的情况下,长药柱水下爆炸冲击波压力的持续时间可通过几何近似确定;最后,为了进一步考察该方法的有效性,以1000 kg TNT和100 m爆距的水下爆炸冲击波压力-时间曲线作为原型,设计了2种与该原型冲击波压力等效的装药方案,并通过数值模拟进行了验证。研究结果表明:设计的装药能够在预定的持续时间内,在装药起爆端一侧形成与原型等效的冲击波压力-时间曲线。由于没有考虑对气泡载荷的等效,因此该调控方法仅适用于中远场爆炸冲击问题。

关键词：水下爆炸实验方法冲击波浮动冲击平台