为研究破片撞击充液容器引起的液体喷溅特性,开展了液压水锤及液体瞬态喷溅试验,并利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对该过程进行数值模拟。验证仿真模型的正确性后,研究了液体喷溅特性及破片撞击速度对其的影响。结果表明:主喷溅阶段空泡溃灭所产生的压力远大于低频脉动阶段,而在低频脉动阶段,空泡会反复膨胀与收缩,故低频脉动阶段的压力脉冲持续时间长于主喷溅阶段;空泡溃灭是液体射流产生的直接原因。喷溅流量与侵彻孔处液体压力、侵彻孔附近的液体质量有关;液体射流初始喷溅速度不仅与侵彻孔处液体压力有关,还与侵彻孔附近液体的运动速度有关。

为研究充液容器内液体的晃动对储存系统动态响应的影响，应用泛函极值原理建立了任意充液容器内液体晃动的有限元分析模型，忽略了晃动自由面上液体的表面张力，分析了充液容器内液体晃动的固有频率、模态及地震对其影响，并与解析解进行了对比。分析结果表明，该方法可应用于三维任意形状充液容器内液体的晃动问题求解，且精确度较高，建议在工业设计中将液体晃动与结构弹性体振动问题统一分析。

采用SPH和FEM耦合的方法，考虑流固耦合效应的影响，对典型矩形薄壁充液容器的跌落过程进行数值仿真。通过对容器的变形、自由液面的运动、液体对容器的动压变化、容器的应力状态和所受动态激励的情况进行分析，说明SPH方法在充液容器的冲击问题研究中是行之有效的数值计算方法。同时数值算例的结果对充液容器的设计和试验具有一定的参考价值。

为研究液压水锤效应引起的液体喷溅特性及其影响因素,进行了高速破片撞击充液容器的试验,测试了液体内的空腔振荡特性、压力分布特性和容器外的液体喷溅特性。试验结果表明:液压水锤效应引起的液体喷溅有两个不同的阶段。第一个阶段发生在空腔生长到最大体积后的400~700μs内,喷溅液体的头部呈箭状;在第二个阶段出现多次形状相似的脉动喷溅,且单次脉动均发生在每次空腔溃灭之后,喷溅液体具有伞状头部与线状尾部。液体内的压力和侵彻孔的形态共同影响液体的喷溅速度,相对喷溅速度与破片的撞击速度成反比。喷溅液体在运动过程中存在速度波动,且随着喷溅次数的增加,液体喷溅速度逐渐下降,速度拐点出现的位置逐渐接近侵彻孔。

为研究Zr基非晶合金破片撞击充液容器形成的液压水锤效应,本文开展了Zr基非晶合金和45钢破片撞击对比试验,并通过高速摄像和压力传感器对撞击过程及压力变化进行捕捉。试验结果表明:Zr基非晶合金破片在穿透过程中发生破碎,在液体中形成碎片云,造成的液压水锤效应同样具有传统惰性破片的典型阶段;同45钢破片相比,非晶合金破片形成的空腔径向尺寸更大,轴向尺寸更短,空腔振荡阶段更剧烈;液压水锤冲击及阻滞阶段,Zr基非晶合金破片撞击容器产生的近端压力峰值更大。