复合圆柱壳冲击压缩数值模拟及稳定性研究

谢富佩 徐绯 曾卓 周中玉 谷卓伟

谢富佩, 徐绯, 曾卓, 周中玉, 谷卓伟. 复合圆柱壳冲击压缩数值模拟及稳定性研究[J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(11): 112201. doi: 10.11883/bzycj-2020-0431
引用本文: 谢富佩, 徐绯, 曾卓, 周中玉, 谷卓伟. 复合圆柱壳冲击压缩数值模拟及稳定性研究[J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(11): 112201. doi: 10.11883/bzycj-2020-0431
XIE Fupei, XU Fei, ZENG Zhuo, ZHOU Zhongyu, GU Zhuowei. Numerical simulation on stability of composite cylindrical shell under impact compression[J]. Explosion And Shock Waves, 2021, 41(11): 112201. doi: 10.11883/bzycj-2020-0431
Citation: XIE Fupei, XU Fei, ZENG Zhuo, ZHOU Zhongyu, GU Zhuowei. Numerical simulation on stability of composite cylindrical shell under impact compression[J]. Explosion And Shock Waves, 2021, 41(11): 112201. doi: 10.11883/bzycj-2020-0431

复合圆柱壳冲击压缩数值模拟及稳定性研究

doi: 10.11883/bzycj-2020-0431
基金项目: 国家自然科学基金(11972309, 11672276, 11702277)
详细信息
    作者简介:

    谢富佩(1996- ),女,硕士研究生,xiefupei@mail.nwpu.edu.cn

    通讯作者:

    徐 绯(1970- ),女,博士,教授,xufei@nwpu.edu..cn

  • 中图分类号: O383

Numerical simulation on stability of composite cylindrical shell under impact compression

  • 摘要: 针对复合圆柱壳在炸药爆轰作用下的动力学响应及在此过程中伴随的失稳问题,研究了其制造工艺中可能出现的缺陷以及圆柱壳中铜线螺旋角和直径对复合圆柱壳稳定性产生的影响。采用SPH-FEM耦合算法,建立了复合圆柱壳二维细节模型,并提出了一种基于圆柱壳内壁粒子速度历史的失稳判据,计算了在不同参数条件下复合圆柱壳的失稳时间及对应的压缩率,对影响复合圆柱壳稳定性的因素进行了评估。分析结果表明,在复合圆柱壳制备过程中存在的折返层缺陷和铜线直径对复合圆柱壳的稳定性有较大影响,而螺旋角度对其稳定性影响不大。
  • 图  1  复合圆柱壳示意图

    Figure  1.  Diagram of composite cylindrical shell

    图  2  15°螺旋角下的爆轰驱动复合圆柱壳模型

    Figure  2.  Detonation driven composite cylindrical shell model with a spiral angle of 15°

    图  3  套筒内侧半径变化曲线对比

    Figure  3.  Comparison of radius change curves within the sleeve

    图  4  圆柱壳在不同时刻的变形

    Figure  4.  Deformation patterns of cylindrical shell at different times

    图  5  金属环氧套筒失稳时间判断曲线

    Figure  5.  Judgment curves of instability time of metal epoxy sleeve

    图  6  复合圆柱套筒失稳时间判断曲线

    Figure  6.  Judgment curves of instability time of composite cylindrical shell

    图  7  含缺陷复合圆柱壳变形图及失稳时刻判断曲线

    Figure  7.  Deformation diagrams of defective composite cylindrical shell and the judgement curve of instability time

    图  8  不同螺旋角复合圆柱壳细节模型

    Figure  8.  Detailed composite cylindrical shell models at different spiral angle

    图  9  0.50 mm铜线直径下复合圆柱壳示意图

    Figure  9.  Schematic diagrams of composite cylindrical shell under 0.50 mm copper wire diameter

    图  10  0.50 mm直径下失稳时间判断曲线

    Figure  10.  Judgment curve of 0.50 mm model instability time

    图  11  t=23.20 μs时含缺陷复合圆柱壳 变形

    Figure  11.  Deformation of defective cylindrical shell at t=23.20μs

    表  1  Comp B炸药主要材料参数

    Table  1.   Main material parameters of Comp B explosive

    A/GPaB/GPaR1R2ωv/(m·s−1p/GPa
    524767.84.21.10.34798029.5
     注:v为炸药的爆速,p为炸药CJ爆轰压力。
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    表  2  铜线主要材料参数

    Table  2.   Main material parameters of copper wire

    ρ/(kg·m−3Tmelt/KA0/KPaB0/KPanCm
    8.9613569.05×1052.92×1050.310.02531.095
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    表  3  不同螺旋角复合圆柱壳失稳时间及压缩率对比

    Table  3.   Comparison of instability time and compression ratio of composite cylindrical shell with different spiral angles

    θ/(°)失稳时间/μs失稳时刻压缩率/%
    024.3568.19
    1024.2868.41
    1524.7669.15
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  • [1] BYKOV A I, DOLOTENKO M I. An MC-1 cascade magnetocumulative generator of multimegagauss magnetic fields—ideas and their realization [J]. Instruments and Experimental Techniques, 2015, 58(4): 531–538. DOI: 10.1134/S0020441215040284.
    [2] 王涛, 汪兵, 林健宇, 等. 柱形汇聚几何中内爆驱动金属界面不稳定性 [J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(5): 052201. DOI: 10.11883/bzycj-2019-0150.

    WANG T, WANG B, LIN J Y, et al. Numerical investigations of the interface instabilities of metallic material under implosion in cylindrical convergent geometry [J]. Explosion and Shock Waves, 2020, 40(5): 052201. DOI: 10.11883/bzycj-2019-0150.
    [3] ALTGILBERS L L, BROWN M D J, GRISHNAEV I, 等. 磁通量压缩发生器 [M]. 孙承纬, 周之奎, 译. 北京: 国防工业出版社, 2008: 3−5.
    [4] 陆禹, 谷卓伟. 内爆磁通量压缩过程的一维磁流体计算及分析 [J]. 高压物理学报, 2017, 31(4): 419–425. DOI: 10.11858/gywlxb.2017.04.010.

    LU Y, GU Z W. One-dimensional magneto-hydrodynamics calculation and analysis of implosion magnetic flux compression process [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2017, 31(4): 419–425. DOI: 10.11858/gywlxb.2017.04.010.
    [5] 张春波, 宋振飞, 谷卓伟, 等. 内爆压缩多层密绕螺线管的数值模拟 [J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(5): 999–1005. DOI: 10.11883/bzycj-2016-0052.

    ZHANG C B, SONG Z F, GU Z W, et al. Numerical simulation of the multilayer coiled solenoid under implosive compression [J]. Explosion and Shock Waves, 2018, 38(5): 999–1005. DOI: 10.11883/bzycj-2016-0052.
    [6] 赵士操, 宋振飞, 赵晓平. 基于SPH方法的纤维材料超高速碰撞模拟 [J]. 爆炸与冲击, 2013, 33(S1): 8–15.

    ZHAO S C, SONG Z F, ZHAO X P. Simulation of fiber composites under HVI based on SPH [J]. Explosion and Shock Waves, 2013, 33(S1): 8–15.
    [7] 刘军, 冯其京, 周海兵. 柱面内爆驱动金属界面不稳定性的数值模拟研究 [J]. 物理学报, 2014, 63(15): 155201. DOI: 10.7498/aps.63.155201.

    LIU J, FENG Q J, ZHOU H B. Simulation study of interface instability in metals driven by cylindrical implosion [J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(15): 155201. DOI: 10.7498/aps.63.155201.
    [8] LIU G R, LIU M B. 光滑粒子流体动力学: 一种无网格粒子法 [M]. 韩旭, 杨刚, 强洪夫, 译. 长沙: 湖南大学出版社, 2005: 27−34.
    [9] 曾卓. 爆轰驱动多级复合套筒数值仿真研究 [D]. 西安: 西北工业大学, 2020: 18−33.
    [10] 赵星宇, 白春华, 姚箭, 等. 燃料空气炸药爆轰产物JWL状态方程参数计算 [J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 1921–1929. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.10.001.

    ZHAO X Y, BAI C H, YAO J, et al. Parameters calculation of JWL EOS of FAE detonation products [J]. Acta Armamentarii, 2020, 41(10): 1921–1929. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.10.001.
    [11] 吴善幸, 陈大年, 胡金伟, 等. 高导无氧铜圆柱-平板冲击实验及不同本构模型效果比较 [J]. 爆炸与冲击, 2009, 29(3): 295–299. DOI: 10.11883/1001-1455(2009)03-0295-05.

    WU S X, CHEN D N, HU J W, et al. A cylinder-plate impact test for oxygen-free high-conductivity copper and comparison of effects of three constitutive models [J]. Explosion and Shock Waves, 2009, 29(3): 295–299. DOI: 10.11883/1001-1455(2009)03-0295-05.
    [12] 陆禹. 柱面内爆磁压缩过程的磁流体力学数值模拟 [D]. 四川绵阳: 中国工程物理研究院, 2017: 24−37.
    [13] 张春波. 复合结构套筒内爆压缩的数值模拟研究 [D]. 四川绵阳: 中国工程物理研究院, 2016: 33−44.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-24
  • 修回日期:  2021-02-04
  • 网络出版日期:  2021-10-29
  • 刊出日期:  2021-11-23

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