基于欧拉方法的超高速撞击程序研制及碎片云相分布数值模拟

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1、爵舖）公开分类号洛奶ＵＤＣ编号……―—中圃工程物種妍究院学位论文基于除方法的超商麵击？？？！｜及碎片云相分布数值模拟唐蜜理员指导教师姓名当竺些．李平研究申请学位级别博壬业名跡力？胃？？＿掌＾＿＿论文提交日期２０１５年４月论文答辩日期２０１５年６月学位授予单位和口期中国工程物理研究院答辩委员会主席＇銀巧巧别祖放韩増尧庞宝君李玉巧卢芳云巧阅人柏劲松．竺．．．缉萃缉窜２０１５年６月２５回ＩＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏ

2、ｆＨｙｐｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙＩｍｐａｃｔＣｏｄｅｓＢａｓｅｄｏｎＥｕｌｅｒＭｅｔｈｏｄａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｏｆｔｈｅｈａｓｅｙｐｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｅｂｒｉｓｃｌｏｕｄＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉ行ｅｄｔ；ｏＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＰｈｓｉｃｓｙｇｇｙｆｏｒ也ｅＤｅｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒｏｆＳｃｉｅｎｃｅｇＡｖｒｔｈｏｒ：ＴａｎｇＭｉ－Ｓｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏ

3、ｆｅｓｓｏｒＬｉｕＣａｎｌｉｐｇＰｒｏｆｅｓｓｏｒＬｉＰｉｎｇＩｎｓｔＵｕ化ｏｆＦｌｕｉｄＰｈｓｉｃｓｙＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉ凸ＰｈｓｉｃｓｙｇｇｙＪｕｎｅ２０１５独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研巧院或其他一教育机构的学位或证书使用过的材料。与我同工作

4、的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。６少年王（＾学位论文作者签名：＾＾签字日期：２月文日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研巧院研巧生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部口或机构，同时授权中国工程物理研巧院研究生部可Ｗ将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索、。，可Ｗ影印、缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文学位论文作者签名：导师签名；私％＾左三。＾如／＾年＾月

5、耗签字日期；ＬＴ年月遍签字日期：基于欧拉方法的超高速撞击程序研制及碎片云相分布数值模拟摘要一有效开展航天器防护结构设计，提升航天器生存能力，是各航天大国个非常重要的研究任务。超高速撞击问题不仅是航天器防护结构设计的关键问题，也是冲击动力学的一个基础问题。超高速撞击过程中弹靴材料会发生大变形、碎裂Ｗ及应力波作用导致（ｋｍｓ的层裂破坏现象，形成碎片云空间碎片平均撞击速度在１０；当碰撞速度很高时／Ｗ上）弹帮材料的压力和温度极高，碎片云会发生烙化、汽化甚至变成离子体等物理

6、现象。因而碎片云的结构演化、质量／动量分布、碎片云热力学状态和相分布等碎片云特性成为航天器防护结构设计研究重点。目前国内外对于７ｋｍ／ｓＷ下弹丸撞击过程中碎片云结构演化和质量／动量分布等碎片云特性开展了大量的实验及数值模拟研究，但碎一问题缺乏研究片云的热力学状态和相分布这，尤其是对于真实太空环境中平均撞击速度在ｌＯｋｍ／ｓ上空间碎片超高速撞击问题，碎片云发生烙化、汽化现象将更加普遍。受限于超高速发射能力不足和诊断手段有限，实验研究碎片云烙化、汽化和相分布等问题难度较

7、大，，因而开展超高速撞击过程数值模热及碎片云相分布数值模拟对于提升航天器防护结构设汁能力和提高超高速撞击机理认识水平具有重要的工程应用价值和科学意义。然而，开展超高速撞击碎片云相分布数值模拟研究难度很大，对计算程序极具：既需要能够描述物质大变形和多物质相互作用的数值方法挑战，能描述材料在宽广热力学区间适用于固－－汽相变的多相完全物态方程液，Ｗ及有更高压力和湿度范围内的材料物性参数－－。因此，本文重点围绕多物质欧拉数值计算方法和固液汽多相完全物态方程构建开展研究工作，研制超高速

8、撞击Ｈ维数值模拟程序，并按照数值模拟程序的验证和确认一（Ｖ＆Ｖ）思想，开展系统的程序检测和考核工作，进步开展超高速撞击产生碎片云相分布数值模拟与分析研究。本文主要研究结果和创新如下：１）开展了基于ＬｅｖｅｌＳｅｔ函数的多物质欧拉方法研究，发展了界面追踪方法、混合网格部分体积计算和维数不分裂物质输运的整体计算方法，建立了适用于三维复杂几何建模的超高速撞击多物质欧拉数值模拟程序；２）在ＧＲＡＹＨ相非完全物态方程的基础上Ｉｍｈｏｌｔｚ自由能描