28231.一維磁流體動力學(xué)程序sssmhd研究和實驗構(gòu)形模擬計算

1、一維磁流體動力學(xué)程序SSSMHD研究和實驗構(gòu)形模擬計算ResearchonOne—DimensionalMagnetoHydrodynamicsCodeSSSMHDandSimulationONConfigurationsinExperimentsADissertationSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsfortheDegreeofPhilosophyDoctorAuthor：Zha

2、oJiboSupervisor：ProfessorSunChengweiInstituteofFluidPhysicsChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang，SichuanMAY，2014一維磁流體動力學(xué)程序SSSMHD研究和實驗構(gòu)形模擬計算摘要由脈沖強電流流經(jīng)導(dǎo)體電極板產(chǎn)生的平滑上升的磁壓力對平面固體樣品材料進行準等熵壓縮加載，是具有重要應(yīng)用前景的嶄新實驗技術(shù)。炸藥爆轟驅(qū)動圓柱形金屬套筒內(nèi)爆運

3、動，壓縮其內(nèi)部預(yù)置的初始磁場，在軸線附近區(qū)域達到極高磁場和磁壓，是對低密度材料進行(柱形)高壓等熵壓縮的主要手段，也是國內(nèi)新開拓的實驗領(lǐng)域。以爆炸或沖擊電流為原動力的多種多樣的磁驅(qū)動、磁壓縮實驗技術(shù)，已成為當代高能量密度物理領(lǐng)域的主要加載手段之一。這類實驗的特點是必須考慮作為負載的實驗樣品構(gòu)件與傳輸結(jié)構(gòu)及外電路的電磁相互作用，而且實驗中只能使用先進的無接觸、高精度光電測量技術(shù)，其設(shè)計涉及到樣品構(gòu)形形狀、幾何尺度和加載波形及時間的確定，其

4、數(shù)據(jù)處理必須根據(jù)可測定的樣品表面數(shù)據(jù)去推演樣品內(nèi)部的物理場分布。因此，磁驅(qū)動、磁壓縮實驗的數(shù)值模擬必須采用基于多物理過程的基本方程組，多介質(zhì)、多空腔的樣品構(gòu)形以及與外電路實時耦合計算，才能給出滿足設(shè)計和實驗分析所需要的數(shù)據(jù)。這類實驗的加載手段、電磁傳輸、光電測量和數(shù)據(jù)反演以及樣品自身的力學(xué)、物理和化學(xué)過程，其多物理數(shù)值模擬計算必須包括爆轟作用、流體彈塑性、等離子體物理、磁流體力學(xué)和輻射流體力學(xué)。國內(nèi)現(xiàn)已發(fā)表的有關(guān)磁流體力學(xué)計算基本上只限

5、于磁流體力學(xué)方程組本身，缺少計算多空腔(力學(xué)空隙與真空磁腔)的功能，往往借助于實驗測量的負載電流作為加載條件，不能從給定外電路參數(shù)起算，這樣的計算不夠完備，預(yù)示能力不足。對于完整的實驗構(gòu)形磁流體力學(xué)計算來說，存在磁場的真空力學(xué)腔也是一種“介質(zhì)”，其力學(xué)運動直接影響到電路的變化，并且力學(xué)樣品與電磁學(xué)負載合二而一，只有解決了這兩個關(guān)鍵問題，才能通過樣品力學(xué)構(gòu)形的動態(tài)電感計算與集中參數(shù)外電路進行實時耦合，實現(xiàn)這兩種差別很大，但又互相耦合的物理

6、過程的自洽計算。本文根據(jù)磁流體力學(xué)基本方程組，對一維彈塑性反應(yīng)流體動力學(xué)編碼SSS進行了拉格朗日坐標下磁流體力學(xué)計算功能的擴展，針對各種一維的z或0實驗構(gòu)形，實現(xiàn)材料動力學(xué)、反應(yīng)流體動力學(xué)和磁流體力學(xué)的一體化計算，并且較好地解決了計算模型與外電路方程組的實時耦合計算問題，不需要提供實驗負載電流作為輸入數(shù)據(jù)。使用本文編制的SSSMHD編碼，對磁驅(qū)動實驗中平面樣品的準等熵壓縮過程、磁驅(qū)動高速金屬飛片、爆炸磁通量壓縮實驗中內(nèi)爆圓柱套筒的磁聚積