非核爆磁通压缩发生器数值模拟与实验研究

论文摘要

本文从非核爆磁通压缩发生器的基本原理入手，综合前人的设计思路，以螺旋形磁通压缩发生器为研究对象，建立发生器的等效电路模型。利用LS-DYNA中的ALE算法研究了电枢膨胀的具体过程，得出了不同电枢材料、不同电枢几何尺寸和不同线圈尺寸的电枢膨胀角、膨胀速度和装置运行时间；根据电枢膨胀过程的数值模拟结果，建立了动态电感和动态电阻的计算模型；并探讨了非核爆磁通压缩发生器装置在运行过程中的结构参数、炸药爆轰参数、装置材料性能参数和电路参数与产生的电流、能量、电压和功率之间的关系。最后，在理论的基础上，加工出实体模型，通过实验来验证理论的正确性。本课题要解决的问题为：第一，从非核爆磁通压缩发生器的基本原理入手，建立磁通发生器的等效电路模型。第二，利用LS-DYNA中ALE算法对电枢在炸药爆轰作用下的膨胀以及与线圈碰撞接触过程进行了数值模拟计算，得出不同电枢材料、不同电枢几何尺寸和不同线圈尺寸的电枢膨胀角、膨胀速度和装置运行时间。第三，以电枢膨胀过程的数值模拟结果为基础，运用爆炸动力学、电磁学等相关知识，建立动态电感和动态电阻计算模型。第四，对发生器主要结构参数进行数值模拟计算，分析各参数变化对产生的强脉冲电流、能量、电压和功率的影响，从而可以通过改变参量来控制所要达到的强脉冲电流、能量、电压和功率。第五，通过具体实验验证理论的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非核爆磁通压缩发生器国内外发展概述
• 1.2.1 非核爆磁通压缩发生器国外发展概述
• 1.2.2 非核爆磁通压缩发生器国内发展概述
• 1.3 非核爆磁通压缩发生器的基本原理
• 1.4 本文研究主要内容
• 2 非核爆磁通压缩发生器的电路模型
• 2.1 非核爆磁通发生器的结构
• 2.2 非核爆磁通压缩发生器的初始能源分析
• 2.3 非核爆磁通压缩发生器的等效电路模型
• 2.4 电容器组对MFCG充放电过程分析
• 2.4.1 电容器C的充电过程
• 2.4.2 电容器C的放电过程
• 2.5 本章小结
• 3 电枢运动过程的数值模拟
• 3.1 电枢运动过程的数值模拟意义和方法
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA
• 3.3 计算模型
• 3.3.1 炸药模型
• 3.3.2 电枢材料强度模型
• 3.3.3 电枢状态方程
• 3.3.4 线圈及壳体的材料模型和状态方程
• 3.4 ALE算法
• 3.5 流体-结构耦合算法
• 3.6 电枢运动过程的数值模拟
• 3.6.1 模型网格划分
• 3.6.2 数值模拟结果
• 3.6.3 数值模拟结果分析
• 3.7 本章小结
• 4 非核爆磁通压缩发生器模型理论计算
• 4.1 动态电感计算
• 4.1.1 对n分析
• j分析'>4.1.2 对r_j分析
• g（t）的计算'>4.2 电阻R_g（t）的计算
• 4.3 电枢电阻R（t）的计算
• 4.4 本章小结
• 5 发生器模型的数值模拟及结果分析
• 5.1 取不同材料金属电枢时发生器的数值模拟及分析
• 5.2 取不同电感时发生器的数值模拟及分析
• 5.3 取不同电枢内径时发生器的数值模拟及分析
• 5.4 取不同线圈内径时发生器的数值模拟及分析
• 5.5 取不同负载电感时发生器的数值模拟及分析
• 5.6 取不同负载电阻时发生器的数值模拟及分析
• 5.6 本章小结
• 6 非核爆磁通压缩发生器实验研究
• 6.1 磁通压缩发生器运行过程中的限制因素
• 6.2 磁通压缩发生器的设计工艺要求
• 6.3 实验装置要求
• 6.4 具体的实验方法
• 6.4.1 发生器装置的加工
• 6.4.2 实验方法及实验结果
• 6.4.3 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献