电爆炸金属箔驱动多级飞片动力学过程的数值模拟

论文摘要

二级电炮是指利用金属桥箔电爆炸原理驱动二级飞片的装置。本文围绕二级电炮装置的优化设计,以数值模拟为主,结合相关的试验,较深入和系统地研究了在电爆炸金属箔加载下一级飞片的驱动过程、一级飞片撞击衰减板内冲击波的衰减过程以及二级飞片的发射过程和规律。通过试验实测的比功率曲线带入斯密特模型,和实测的一级飞片的速度历史的进行对比分析研究,给出修正系数与充电电压之间具有很好的线性关系,使得斯密特模型可以很好的预估14.4KJ电炮装置在不同充电电压下的可靠的速度历史。在一维Lagrange流体动力学程序SSS的基础上,引入SESAME状态方程库,修改能量方程,并加入电流回路方程和电阻率方程。对电爆炸金属箔驱动一级飞片的过程进行了一维数值模拟,得到飞片速度历史以及不同时刻各物理量的变化情况,并计算得到充电电压,金属箔面积,飞片金属箔厚度比等因素对飞片速度的影响规律。最后利用VISAR测试技术测量得到二级飞片的速度历史,利用LS-DYNA程序对驱动二级飞片的过程进行了二维数值模拟。通过数值模拟分析,得到了冲击波在衰减板中的传播过程,衰减板厚度对其幅值衰减和脉宽展宽的定量影响。计算得到衰减板厚度,二级飞片材料及厚度等因素对二级飞片速度的影响规律。本文发展了一套适用于电炮实验技术研究的较为完善的一级和二级飞片发射的数值模拟程序和数据处理方法,并为相关的实验研究提供技术支撑。本文工作对于电爆炸金属箔加载下飞片的运动规律以及二级电炮的优化设计等具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电炮装置介绍
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 国外研究进展
• 1.3.2 国内研究进展
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 电爆炸金属箔驱动一级飞片的解析研究
• 2.1 电格尼模型
• 2.2 斯密特模型
• 2.3 小结
• 第三章 电爆炸金属箔驱动一级飞片的一维数值模拟
• 3.1 导体电爆炸的磁流体动力学模型
• 3.2 一维弹塑性流体动力学程序SSS介绍发
• 3.2.1 流体动力学方程组
• 3.2.2 固态HOM状态方程介绍
• 3.3 SSS编码的改造
• 3.3.1 SESAME数据库物态方程在SSS程序中的应用
• 3.3.2 修改能量方程和磁压力的计算
• 3.3.3 回路方程和焦耳热功率的求解
• 3.3.4 电阻率模型
• 3.4 计算过程
• 3.4.1 计算模型
• 3.4.2 计算结果及讨论
• 3.5 小结
• 第四章 二级飞片测速实验和数值模拟研究
• 4.1 二级飞片的测速实验
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验测试系统
• 4.1.3 实验结果
• 4.2 电爆炸金属箔驱动二级飞片的数值模拟
• 4.2.1 LS-DYNA程序介绍
• 4.2.2 基本理论
• 4.2.2.1 流体弹塑性介质中的平面波
• 4.2.2.2 JOHNSON-COOK模型
• 4.2.2.3 GRUNEISEN状态方程
• 4.2.3 应力波分析
• 4.2.4 数值模拟
• 4.2.4.1 计算模型
• 4.2.4.2 计算结果及分析
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录