可瞄准预制破片战斗部数值模拟与试验研究

摘 要：利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对可瞄准战斗部变形过程与破片飞散过程进行数值模拟研究,获得破片初速、飞散角及不同距离处的破片密度,并通过样弹静爆试验对可瞄准战斗部设计进行验证研究。研究发现,可瞄准战斗部具有较高的破片初速、较固定的破片飞散角以及较高的破片密度,在导弹满足远距离精确探测并精确给出弹目交会时目标方位的情形下,未来防空导弹战斗部上可优先采用可瞄准战斗部。     

压膜阻尼对原子力显微镜振动特性的影响研究

原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)在轻敲模式下工作时,随着探针针尖与样品距离的逐渐减小,空气压膜阻尼的作用随之增大。为研究压膜阻尼对原子力显微镜振动系统的影响,分别使用无针尖探针和微球针尖探针进行扫频实验,并基于振动理论将该过程简化,得到了两种不同的振动模型的系统刚度。在考虑压膜阻尼作用影响后,将微球针尖振动系统模型进一步简化为一维振子模型,并对压膜阻尼的影响进行讨论。实验表明空气压膜阻尼模型对于探针样品在微尺度下的作用过程是准确合理的。该结果对原子力显微镜轻敲模式研究具有重要意义。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性和破坏模式的试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行了不同围压和不同应变率下的三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT-150C试验机也进行了部分准静态下的三轴压缩实验。根据实验结果,分析了围压对砂岩动态冲击性能的影响,并重点讨论了冲击过程中岩石的破坏模式。研究结果表明,在围压一定的情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同的情况下,岩石的动态压缩强度和弹性模量会随着围压的增大而增大。岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大。岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,而且递增的程度随着围压的增加而增加。三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式。     

箱梁断面静风力系数的CFD数值模拟

用计算流体力学(CFD)方法模拟了桥梁跨中断面周围的风场特征,不仅能得到流场的压力、速度和涡旋的分布,还提取了箱梁断面的三分力系数。分别采用不同密度网格划分对主梁断面进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较,选取最合理的网格划分方法。然后,对某一大跨度桥梁跨中断面的箱梁模拟了从-5°至+5°共11个整数度风攻角工况的三分力系数。并将数值模拟结果与风洞试验进行了对比,给出了不同攻角下的压强和速度分布,验证了采用CFD技术模拟桥梁三分力系数方法的可行性与可靠性。     

建筑物对爆破振动中不同频率能量成分的响应特征

爆破地震对建筑物的影响实质上是一种能量的传递与转化过程,这种传递与转化的过程受到建筑物动力特性的影响。利用结构动力学理论,结合典型工程实例,研究了建筑物对爆破地震中不同频率能量成分的响应特征,结果表明:建(构)筑物对于爆破振动中的不同频率能量成分存在明显的选择放大效应。在爆破地震中,与结构固有频率相一致的能量成分将被最大程度的放大。在制定爆破振动安全判据时,要将爆破地震自身特征和建筑物动力特性更好的结合起来,重视爆破振动中与建筑物固有频率相对应的能量大小。     

非光滑表面加工机器人建模及热辊压工艺研究

针对油气管道内壁涂层减阻结构加工问题,提出一种能在管道内壁涂层表面加工出仿生非光滑表面减阻结构的方法。建立管道内壁辊压加工机器人结构模型,对双凸轮组件运动情况进行动力学分析,结合材料的流动特性,分析聚合物涂层材料在玻璃态转化温度附近的流动特性,建立聚合物黏弹性数学模型,利用黏弹性模型描述聚合物涂层的流变行为,采用数值模拟方法,研究热辊压过程中控制参数对热辊压后表面质量的影响,在辊压速度为0.5、1.0、1.5 rad/s三种情况进行辊压实验。结果表明:聚合物材料的流动变形量在保持温度不变的情况下,随着时间的增加而增加,在结束时刻,涂层凹坑形貌的回弹现象伴随着温度的降低而停止;在恒定辊压速度下,聚合物涂层凹坑的复制率随温度的升高而增大,温度较高时,蠕变速度加快,在辊压温度为150℃的2T/3时刻,聚合物涂层凹坑的形貌效果最佳,在辊压温度较低时,延长保压时间可达到相同的填充效果;在辊压速度为0.5 rad/s时,辊压后凹坑形貌与理想凹坑形貌最为接近,表现出较好的聚合物时间依赖性。     

围压对超临界二氧化碳射流冲击力与冲蚀射孔的影响

与水射流相比,超临界二氧化碳射流破岩具有所需能量少、效率高,以及不产生储层渗透性伤害等优点。将其应用于非常规油气资源的径向井钻井与喷射压裂作业中已引起广泛关注。井底压力环境对水力能量具有严重影响,而超临界二氧化碳流体性质易随环境压力改变而显著变化,是否具有良好射流作业效率仍亟待研究。通过数值模拟与室内测试实验方法,研究了模拟围压对流场速度分布、射流冲击力以及冲蚀破岩效率的影响。结果表明:喷射压力恒定时,射流冲击力和射孔深度均随围压增大而显著减小,二氧化碳临界压力处变化明显;喷射压差恒定时,随着围压的增大,射流冲击力几乎不发生变化,而射孔深度先较稳定或轻微增长然后明显减小,在临界压力时达到最大。分析认为,围压升高引起喷嘴外流场二氧化碳由气态相变为超临界态,射流形式由非淹没射流转变为淹没射流,是超临界二氧化碳射流与水射流冲蚀射孔规律显著不同的主要原因。     

圆柱形长杆超高速正碰撞薄板结构破碎效应

超高速碰撞多层板结构破碎效应研究对空间碎片防护及动能武器毁伤效应研究有着重要意义。采用ANSYS/AUTODYN程序的SPH方法,对超高速碰撞碎片云的形成过程进行了数值模拟,某典型时刻一次及二次碎片云形貌的数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了计算方法和模型参数的正确性。在此基础上采用数值模拟方法,对钨合金、轧制均质装甲(Rolled Homogeneous Armor,RHA)及LY12铝三种材料的圆柱形弹体超高速碰撞薄板的破碎规律进行了研究,基于量纲分析方法得出了弹体破碎长度随弹靶材料特性、弹靶尺寸及初始撞击速度变化的关系式。并研究了钨合金及RHA两种材料的长杆弹对八层RHA板结构的超高速碰撞效应。     

自调式激振器对高方平筛停车阶段共振的影响

为了使高方平筛在停车阶段获得较为稳健的减振效果,对采用自调式惯性激振的高方平筛停车过程进行了动力学建模和数值模拟。在考虑三相异步电机制动时的机械特性和滚动轴承摩擦的前提下,建立筛体、悬吊装置和自调式激振装置所组成系统的非线性动力学模型,运用4阶Runge-Kutta数值算法得到了偏心距不变式和偏心距自调式两种激振方式下停车过程的数值解。分析了自调式激振装置中初始偏心距、刚度和阻尼等对停车时间的影响规律。结果表明:只有在合适的参数匹配下,自调式激振方式才能获得较好的减振效果;适中的初始偏心距是提高减振稳健性的关键因素。所得结果对于振动机械中自调式激振装置的设计具有参考价值。     

不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程数值模拟

利用自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,开展了不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程的数值模拟研究。当岩石单元的应力满足剪切开裂判据时,考虑了应力脆性跌落效应,在此过程中,围压保持不变。为了检验该方法的正确性,开展了单轴压缩条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟研究。针对矩形巷道围岩的计算表明:①冲击速度低时载荷-位移曲线呈单峰特点;冲击速度高时载荷-位移曲线呈多峰特点;②冲击速度低时围岩的开裂呈渐进性特点;冲击速度高时围岩的开裂呈间歇性特点,这与在冲击过程中围岩中过去形成的一种较为稳定的结构(拱)被打破,并在其外围形成了新的稳定结构(拱)有关;③在模型相同垂直方向位移时,冲击速度低时围岩两帮的开裂深度较大,这说明冲击速度低时应力的传递较为均匀,冲击速度低时的结果(例如,V形坑内岩石碎块涌入巷道)与围岩的片帮类似;冲击速度高时的结果(例如,岩石碎块的弹射现象)与岩爆类似。     

舰艇导弹发射装置抗冲击性能数值分析

舰船设备抗冲击性能是评价舰艇生命力的重要因素之一。分别应用美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM)和时间历程法,考核舰船甲板设备四联装导弹发射装置的抗冲击性能。通过DDAM方法和时间历程方法仿真计算,得到导弹发射装置的抗冲击薄弱环节,为制定导弹发射装置抗冲击考核标准提供参考。     

舰艇导弹发射装置抗冲击性能数值分析

舰船设备抗冲击性能是评价舰艇生命力的重要因素之一。分别应用美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM)和时间历程法,考核舰船甲板设备四联装导弹发射装置的抗冲击性能。通过DDAM方法和时间历程方法仿真计算,得到导弹发射装置的抗冲击薄弱环节,为制定导弹发射装置抗冲击考核标准提供参考。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

基于多轴连通式油气悬架的导弹发射车振动性能研究

针对多轴连通式油气悬架对某型导弹发射车的振动性能的影响,基于1/4导弹发射车的数学模型和AMESim软件分别搭建了连通式油气悬架和独立式油气悬架的仿真模型。分析了这两种油气悬架刚度特性;研究了连通式油气悬架在不同的激励作用下对导弹发射车的振动性能影响,并与独立式油气悬架的导弹发射车的振动性能进行对比。研究结果表明：连通式油气悬架的刚度小于独立式油气悬架;连通式油气悬架能够有效降低车身振动加速度,平衡车桥载荷,减小车辆对地的破坏性。     

AA5B02 铝合金三通管充液成形工艺研究及参数优化

目的基于有限元数值模拟软件Dynaform对三通管的成形工艺进行优化。方法分析不同的初始压力、成形压力、轴向进给力、背压平衡力和合模力等对三通管成形的影响。根据成形过程进行模拟,得到分布应力图、厚向应变图、成形极限图等结果,根据模拟结果对零件的成形性进行分析,预测减薄破裂、起皱和回弹等缺陷。结果初始压力在防止侧推头将管坯推皱的前提下,取值应越小越好。成形压力和最大压力能保证减薄率、增厚率和成形度的要求即可。轴向进给对最终的成形质量影响较大。随着摩擦因数的增大,零件的减薄率不断增加,但是增厚率是先减小后增大。结论根据数值模拟的结果能够很好地优化三通管的成形工艺方案。     

基于重叠网格法的飞机水上降落水动力砰击载荷研究

为分析飞机在水上降落过程中的砰击载荷及运动规律,基于数值模拟研究NACA TN2929飞机水上降落过程,考查飞机的初始速度、初始仰角对降落过程的影响。求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)模拟飞机与水的相互作用,采用VOF方法捕捉自由面,采用重叠网格技术及DFBI模型模拟飞机与流体的耦合运动。通过计算楔形体和圆锥体自由入水过程验证模型的可靠性,通过网格和时间步长的收敛性分析确定合适的网格和时间步大小,与实验结果对比确定计算结果的正确性。模拟飞机以不同初始速度与不同仰角的着水过程,分析飞机底部压力的变化规律,研究飞机初始速度、初始仰角对砰击载荷及运动姿态的影响规律。数值计算结果表明飞机在入水0.2 s左右砰击载荷会达到峰值,载荷峰值与飞机着水的速度的平方线性相关;飞机机身底部压力峰值出现在水面与机身的正向交界处;飞机初始仰角增加,砰击载荷峰值会有所减小。     

一种新型复合材料发射管的设计

选用陶瓷基复合材料和混杂增强树脂基复合材料设计了一种轻型并可重复使用的发射管.建立新型发射管有限元模型,进行了火箭发射的数值仿真,并与金属发射管、玻璃钢发射管进行了对比研究.结果表明新型复合材料火箭发射管的刚度、强度都满足要求,性能良好,并可重复使用,而质量只有金属管的24.36%.     

爆炸驱动多层球形破片初速场分析

为准确计算多层球形破片在爆炸驱动下的初速场,通过对装药结构的等效分析,基于Gurney假定和相邻层颗粒之间力和力的波动量等概率传递假定,忽略排列方式引起的孔隙率变化,应用动量和能量守恒建立了破片初速场的理论计算模型。该模型反映了炸药参数和破片的密度、层数和直径等因素对破片初速的影响;针对典型的爆炸驱动前向多层破片模型,用LS-DYNA3D非线性有限元程序对多层钨球破片的爆炸驱动过程进行数值模拟,开展了相关验证试验并分析了理论计算值与试验误差产生的原因,分析讨论了不同球形破片直径和不同破片层数下破片初速的变化情况。结果表明:理论计算值与数值模拟及试验结果吻合较好;随着相同直径破片层数的增大,破片初速减小,相邻层间破片的速度差值更大;层数相同时,随着破片直径的减小,破片初速增大,但相邻层数破片的速度差值更小。     

考虑身管柔性的坦克行进间发射动力学研究

针对弹丸起始扰动会影响坦克行进间射击密集度问题,建立身管柔性的坦克行进间发射动力学模型;考虑弹丸动不平衡及质量偏心、弹炮相互作用、弹炮间隙,建立坦克行进间射击弹丸膛内运动方程;编制行进间射击的坦克发射动力学仿真程序,获得某坦克行进间射击弹丸膛内运动规律及千米立靶密集度,并试验验证仿真结果。该结果可为提高坦克行进间射击精度提供理论基础与仿真手段。     

基于PC104的某型导弹发射装置测试系统的设计与实现

某型导弹发射装置没有相应的离位检测设备,现有的检测方法繁琐,检测结果不够准确、直观.在分析了该型导弹发射装置测试需求的基础上,提出了基于PC104嵌入式计算机的测试方案.在VC++6.0开发环境下,采用模块化与线程处理方式,完成了对飞机武器系统发控指令的模拟,设计并实现了基于PC104嵌入式计算机的某型导弹发射装置测试系统,首次实现了该型导弹发射装置的内场离位自动化测试.应用表明该测试系统检测精度高、时间短,有效地保障了部队的作战和训练任务.