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全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

兵工学报 2018年第8期39卷 1582-1589页

作者：郑成孔祥韶周沪徐维铮吴卫国武汉理工大学高性能船舶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

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评... 详细信息

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。

关键词：舱内爆炸准静态压力无量纲损伤数极限变形薄板结构

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改进的三阶WENO-Z+格式及其应用

计算物理 2018年第1期35卷 13-21页

作者：徐维铮孔祥韶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

为改善三阶WENO格式的耗散特性,提高其对流场结构的分辨率,在三阶WENO-Z＋格式（WENO-Z＋3）基础上,构造不同形式的全局光滑因子,提出一种改进的WENO-Z＋3格式（NWENO-Z＋3）.选取Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用、双马赫... 详细信息

为改善三阶WENO格式的耗散特性,提高其对流场结构的分辨率,在三阶WENO-Z＋格式（WENO-Z＋3）基础上,构造不同形式的全局光滑因子,提出一种改进的WENO-Z＋3格式（NWENO-Z＋3）.选取Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用、双马赫反射等经典算例,考察该格式的计算性能,结果表明：NWENO-Z＋3格式具有更低耗散性和更高的分辨率.数值研究柱形高压气体爆炸波在单舱室和连通舱室内部的传播过程及波系演化.结果表明：改进格式NWENO-Z＋3能够较好地模拟包含高压比、高密度比的爆炸波系结构.

关键词：三阶WENO格式全局光滑因子低耗散高分辨率爆炸波

一种约束空间内炸药爆炸温度场数值计算方法及应用

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应用力学学报 2019年第4期36卷 939-944,1003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

为了研究约束舱室内炸药爆炸温度场,采用五阶WENO有限差分格式,耦合求解了爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程;并通过理论推导建立了热容与气体内能之间的关系式;进而采用牛顿迭代法求得最终温度场,自主开发了约束舱室内炸药爆... 详细信息

为了研究约束舱室内炸药爆炸温度场,采用五阶WENO有限差分格式,耦合求解了爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程;并通过理论推导建立了热容与气体内能之间的关系式;进而采用牛顿迭代法求得最终温度场,自主开发了约束舱室内炸药爆炸温度场的二维数值计算程序。采用所开发的程序开展了约束舱室内炸药爆炸温度场数值计算,初步探讨了炸药形状及泄压对温度场的影响规律。研究表明:(a)炸药形状对远场测点温度影响较小,对近场温度影响较大,方形炸药在近场区域相比圆形炸药能维持较长时间的高温区;(b)泄压能较大幅度地降低舱室内部的温度载荷强度,相比密闭舱室能够使得最终准静态温度载荷降低54.7%,从而降低毁伤程度。本文的研究可为进一步探讨考虑燃烧效应后爆炸温度场数值计算及毁伤评估提供一定的参考和指导。

关键词：约束空间内炸药爆炸五阶WENO格式数值计算爆轰产物温度场

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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

一种提高极值点处收敛精度的三阶WENO-Z格式

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计算力学学报 2019年第2期36卷 261-266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

为了提高三阶WENO-Z格式在极值点处的计算精度,通过理论推导给出三阶WENO格式满足收敛精度的充分条件。采用泰勒级数展开的方式,推导给出所构造格式非线性权重的计算公式,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... 详细信息

为了提高三阶WENO-Z格式在极值点处的计算精度,通过理论推导给出三阶WENO格式满足收敛精度的充分条件。采用泰勒级数展开的方式,推导给出所构造格式非线性权重的计算公式,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,验证了改进格式在光滑流场极值点区域逼近三阶精度。进一步选用激波与熵波相互作用和Richtmyer-Meshkov不稳定性等经典算例,证实了本文提出的改进格式WENO-PZ3相较其他格式(WENO-JS3和WENO-Z3)不仅具有较高的精度,而且降低了格式的耗散,提高了对流场结构的分辨率。

关键词：三阶WENO格式光滑因子高精度高分辨率双曲守恒律

考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算研究

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含能材料 2019年第8期27卷 661-670,I0002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

为了研究后燃烧效应对爆炸场参数的影响规律,提出一种考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算方法,将简化的反应率模型,耦合到三维两组可压缩欧拉方程中近似考虑后燃烧效应。并通过建立气体内能与热容之间的关系求得瞬态温度,根据热力... 详细信息

为了研究后燃烧效应对爆炸场参数的影响规律,提出一种考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算方法,将简化的反应率模型,耦合到三维两组可压缩欧拉方程中近似考虑后燃烧效应。并通过建立气体内能与热容之间的关系求得瞬态温度,根据热力学关系建立绝热指数计算公式。基于FORTRAN平台,采用五阶WENO有限差分格式,自主开发考虑后燃烧效应密闭空间内炸药爆炸场三维数值计算程序。基于所开发的程序数值探讨内爆炸场演化过程及后燃烧效应对爆炸场参数计算的影响。结果表明:(1)准静态温度、绝热指数及超压数值解与考虑后燃烧效应的理论解吻合较好,相对误差小于5%,初步验证了所开发程序的可靠性。(2)后燃烧效应在内爆炸场数值模拟中需要引起足够的重视,同一内爆炸工况下,准静态温度、绝热指数及超压数值解与不考虑后燃烧效应的理论解误差分别高达25%,6%,31%。

关键词：密闭空间内爆炸 TNT 炸药后燃烧效应五阶WENO 格式数值计算温度场绝热指数场反应率场

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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

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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爆炸载荷下矩形板弹塑性动态响应研究

中国造船 2015年第3期56卷 19-30页

作者：郑成孔祥韶吴卫国高性能舰船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

舰船结构在受到高强度爆炸载荷作用时的破坏形式主要是板架的塑性大变形和撕裂。对四边约束矩形板在爆炸冲击波载荷下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究。基于板的大挠度变形理论和能量守恒原理,建立了矩形板在爆炸载荷作用下... 详细信息

舰船结构在受到高强度爆炸载荷作用时的破坏形式主要是板架的塑性大变形和撕裂。对四边约束矩形板在爆炸冲击波载荷下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究。基于板的大挠度变形理论和能量守恒原理,建立了矩形板在爆炸载荷作用下发生塑性大变形的弹塑性分析方法。将理论计算与试验及数值计算进行对比,表明弹塑性分析方法有较好的计算精度和适用性。可用于计算舰船局部结构对舱内爆炸冲击波的响应,为舰船的抗爆设计提供理论依据。

关键词：爆炸冲击波动态响应矩形板塑性大变形弹塑性方法