冲击加载下金属与气体界面微喷射现象的数值研究

Mircro-ejection is an important phenomenon in weapon physics. Its physical process is very complex, and gaseous environments complicate the process. Previous studies are focused on ejecta produced from material/vacuum interface, less on the interaction between micro-jet and gas. To complete the theoretical model of micro-ejection, more results based on experiments and numerical simulations are needed. So it is quite necessary to study micro-ejection in gaseous environments.. Focused on the micro-ejection phenomenon in gaseous environments, this project is to build the directly numerical simulation ability to study micro-ejection with high density ratio, based on the multi-material elastic-plastic hydrodynamics Eulerian code. The directly numerical study will be applied on micro-ejection in gaseous environments. Numerical study on the evolution of micro-jet in gaseous environments and the factors which would affect the process will be implemented. The successful implementation will improve the understanding on the micro-ejection and mixing in the field of weapon physics.

微喷射是武器物理研究中的一个重要现象，其物理过程十分复杂，气体的引入使该过程更加复杂。已有研究大多着眼于材料-真空界面产生的微射流，直接数值模拟研究微射流-气体间的相互作用规律鲜见报道。为完善微喷射理论建模，需要大量的实验和数值模拟数据。因此，开展直接数值模拟研究其规律十分必要。. 针对充气条件下微喷射现象，本课题拟以多介质弹塑性流体力学欧拉程序为基础，建立适于研究具有高密度比特征的充气微喷射现象的数值模拟能力，开展充气微喷现象的直接数值模拟研究。数值研究充气条件下微射流的飞行演化规律，以及气体和材料的相关因素对这一过程的影响规律。本课题的成功实施能够增进对武器物理等相关领域中微喷混合效应的认识。

微喷射是武器物理研究中的一个重要现象，其物理过程十分复杂，气体的引入使该过程更加复杂。已有研究大多着眼于材料-真空界面产生的微射流，直接数值模拟研究微射流-气体间的相互作用规律鲜见报道。针对充气条件下微喷射现象，本项目以多介质弹塑性流体力学欧拉程序为基础，建立了适于研究具有高密度比特征的充气微喷射现象的数值模拟能力，开展了充气微喷现象的直接数值模拟研究。数值研究了充气条件下微射流的飞行演化规律，以及气体和材料等因素的影响规律。研究结果表明：射流速度随沟槽角度增加近似呈线性递减，V型缺陷和正弦缺陷的结果差别较小；充气环境下微射流头部经历加速、减速、变形破碎、雾化等四个阶段；真空中，射流质量分布基本保持不变；充气环境中，初期的射流质量分布与真空相近，头部略微钝粗、破碎，但是雾化后，射流头部的质量以颗粒形式向尾部转移；不同的充气压力下，各阶段的特征相似，头部破碎形态有所不同，随充气压力升高减速越快，但雾化前的质量分布没有明显差异；在较高的充气压力下，会出现射流追赶的现象，主要是较高气体压力使微射流头部破碎减速过快而被较后的射流赶上；随冲击压力升高，微射流头部速度越高、减速越快、雾化越早；随缺陷角度减小，微射流头部速度越高、减速越快、雾化越早，较大角度情况下，射流破碎雾化效应相对较弱。.数值研究了柱形内爆加载下金属界面不稳定。材料强度对界面不稳定性发展有不可忽略的抑制作用，材料屈服强度对高模数不稳定增长的抑制作用较强，而材料剪切模量对不稳定性发展的影响相对较弱；对于相同扰动的金属壳，存在最不稳定模数，随材料屈服强度增加而减小，并近似与屈服强度的对数呈线性关系；随着壳厚度减小，扰动增长加快。.本项目的研究成果加深了对武器物理等相关领域中微喷混合效应的认识。