基于ICEM CFD和AUTODYN的榴弹破片场仿真研究

常规研究榴弹破片的途径是采用空中静爆或水井爆炸装置,收集并分析破片的数质量情况。运用ICEM CFD前处理程序及AUTODYN软件对某型榴弹的爆炸过程进行了仿真模拟,通过Gurney公式及Mott公式对榴弹自然破片的速度、质量分布情况进行分析验证。结果表明,仿真模拟同实际爆炸过程一致,破片场速度、质量与工程计算结果吻合较好。     

基于ANSYS/LS-DYNA的空中封锁弹战斗部威力分析

对所设计空中封锁弹战斗部威力进行数值模拟。利用ANSYS/LS-DYNA软件对战斗部的爆炸过程及壳体和钨球预制破片破片飞散分布情况进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的空中封锁弹的破片速度及杀伤半径能够满足战技指标的设计要求。     

高破片率9260钢应用研究

新型高强度榴弹弹体材料采用高破片率9260钢,为探索高破片率9260钢国产化途径,本文通过大量的实验分析和靶场试验,对国产钢和进口钢从钢材规格、钢材化学成份和力学性能及供货硬度进行了较系统的对比研究,对所遇到的问题和试验分析结论进行了论述,即采取增加Cr:0.20%~0.40%,提高淬透性和增强回火稳定性;并规定了热轧供货硬度≤265,控制来料的残余应力,以保证冲压加热过程裂纹的产生。同时制定了9260钢的国产化标准,标准的制定为9260钢冶炼提供了可靠的依据。     

薄壁榴弹的发射强度计算与仿真分析

引入弹体强度的理论算法,对某型155 mm榴弹的不同壁厚弹体进行了强度计算。采用LS-DYNA软件对弹丸进行实体建模和边界加载,建立其发射过程的动力学仿真模型。由仿真结果与理论值的对比可知,两者的误差在合理的范围之内。通过分析不同厚度弹体的计算结果,总结弹体壁厚减小后其应力集中程度和分布区域的变化规律,可供弹丸设计时参考。     

某穿燃战斗部爆炸分散仿真分析

本文采用LS-DYNA软件时某穿爆燃战斗部爆炸分散进行模拟,通过建立某穿爆燃战斗部的仿真模型,合理定叉各种单元类型、材料属性,来仿真计算破片初速,计算结果为其方案设计提供了重要的依据.     

易熔合金引信弹道安全的气动热力学建模仿真

为使易熔合金引信可靠延期解除保险以保证弹道安全,需要根据弹丸速度确定在安全时间和距离内引信易熔合金的熔点。以瑞士厄利空2ZLa/353式35 mm 双管自行高射炮爆破燃烧榴弹 KZVD 引信为例,从工程的角度出发,简化了外弹道,在初始弹速为1175 m/s 和误差范围为±15 m/s 的条件下,采用气动加热理论对榴弹外弹道起始阶段弹头驻点的温度进行了理论建模计算和仿真验证,通过分析相应弹速下的弹头驻点温度确定出满足安全距离要求的易熔合金熔点温度。仿真结果表明,理论计算与仿真试验确定出1160-1190 m/s 初始弹速范围内的易熔合金熔点温度的结果一致,因此可以利用该热力学模型并根据弹道安全要求来设计相应熔点的易熔合金引信,所用方法可以为高速飞行弹体的热力学研究提供参考。     

易熔合金引信弹道安全的气动热力学建模仿真（英文）

为使易熔合金引信可靠延期解除保险以保证弹道安全,需要根据弹丸速度确定在安全时间和距离内引信易熔合金的熔点。以瑞士厄利空2ZLa/353式35mm双管自行高射炮爆破燃烧榴弹KZVD引信为例,从工程的角度出发,简化了外弹道,在初始弹速为1 175m/s和误差范围为±15m/s的条件下,采用气动加热理论对榴弹外弹道起始阶段弹头驻点的温度进行了理论建模计算和仿真验证,通过分析相应弹速下的弹头驻点温度确定出满足安全距离要求的易熔合金熔点温度。仿真结果表明,理论计算与仿真试验确定出1 160-1 190m/s初始弹速范围内的易熔合金熔点温度的结果一致,因此可以利用该热力学模型并根据弹道安全要求来设计相应熔点的易熔合金引信,所用方法可以为高速飞行弹体的热力学研究提供参考。     

某穿燃战斗部爆炸分散仿真分析

本文采用LS—DYNA软件对某穿爆燃战斗部爆炸分散进行模拟,通过建立某穿爆燃战斗部的仿真模型,合理定义各种单元类型、材料属性,来仿真计算破片初速,计算结果为其方案设计提供了重要的依据。     

弹丸近炸破片密度分布与运动规律研究

针对靶场测试中弹丸炸点空间坐标难以获得及炸后碎片运动规律难以捕获的问题,分析了近炸弹丸炸后的碎片散布规律,研究了单发和多发弹丸炸后在弹目交汇平面上形成的碎片密度分布,阐述了弹丸炸后形成的破片运动,给出弹丸炸后形成的破片的速度衰减规律。通过计算与分析,将破片初速进行划分,给出破片速度衰减曲线,仿真结果显示当破片的初速和飞散距离都相同时,破片衰减之后的速度(存速)与单枚破片质量存在正比关系,破片质量越大则存速越大。     

超高速弹丸连续侵彻靶板仿真研究

试验验证超高速弹丸连续侵彻靶板时的侵彻效果代价过大,数值模拟预测提供了新的解决途径.建立了超高速弹丸与连续靶板模型,利用ABAQUS软件,结合Mie-Grüneisen状态方程、Johnson-Cook本构方程和Johnson-Cook断裂准则,对钨合金弹丸2km/s初速下连续侵彻钢质靶板进行仿真研究.超高速弹丸可连续侵彻6层厚度为30mm的靶板,相邻靶板受到了弹丸与飞溅单元的共同冲击,最后2块靶板主要受到飞溅单元的冲击.超高速弹丸每穿透一层靶板,头部及弹体表层发生着侵蚀变化、能量损失与速度变化.充塞穿甲是超高速动能弹的典型穿甲形式,穿甲威力大.数值模拟有助于认识超高速弹丸连续侵彻靶板的过程.     

反舰导弹战斗部作用船体板架结构变形计算

对船体板架结构在空中近场爆炸载荷作用下的破坏进行研究,根据爆轰波理论及气体膨胀理论计算出空中近场爆炸载荷,应用应力波及塑性动力学理论计算船体板架结构的变形,得到不同工况下板架的破口大小及挠度。通过算例进行验证,计算结果合理,可应用于舰船结构在空中近场爆炸冲击波作用下毁伤的估算,为舰船的安全防护设计提供了依据。     

基于ABAQUS的开卷机外支撑结构优化

某型开卷机外支撑底板附近在生产实际中存在压溃现象。为解决该问题,用有限元软件ABAQUS对其进行静态结构分析,发现底板与侧板连接处存在应力集中,前隔板和侧板大部分材料Mises应力小于40 MPa。在此基础上,提出了改善应力集中的结构优化方案,及去除前隔板和在侧板上开孔的减重优化方案,最后采用试验设计法优选孔尺寸参数组合。优化后开卷机外支撑的最大Mises应力刚好达到许用应力,且质量减轻15%。     

Dynamic stability experiments of compliant foil thrust bearing with viscoelastic support

In order to reduce the complexity of machine construction and improve the mechanical efficiency, high speed rotation machineries usually implement self-acting gas bearings to substitute the traditional oil-lubricated bearings. This paper presents test results of a gas thrust bearing with viscoelastic support which is designed for high speed turbo-machinery. The gas bearing, which belongs to compliant foil bearings, consists of a top thin metal foil and a bottom thin rubber foil. Static and stability experiments are conducted on a high speed gas turbine test rig. The static results indicate that the structural stiffness of test bearing generally increases with the increase in axial load and the decrease in thickness of bottom foil. In the rotation tests, rotor runs stably with small vibration amplitude, which is dominant in waterfall plot during whole speed up procedure. It shows that test bearing has preferable stability characteristics for high speed gas turbines.     

On high explosive launching of projectiles for shock physics experiments

The hydrodynamic operation of the "Forest Flyer" type of explosive launching system for shock physics projectiles was investigated in detail using one and two dimensional continuum dynamics simulations. The simulations were numerically converged and insensitive to uncertainties in the material properties; they reproduced the speed of the projectile and the shape of its rear surface. The most commonly used variant, with an Al alloy case, was predicted to produce a slightly curved projectile, subjected to some shock heating and likely exhibiting some porosity from tensile damage. The curvature is caused by a shock reflected from the case; tensile damage is caused by the interaction of the Taylor wave pressure profile from the detonation wave with the free surface of the projectile. The simulations gave only an indication of tensile damage in the projectile, as damage is not understood well enough for predictions in this loading regime. The flatness can be improved by using a case of lower shock impedance, such as polymethyl methacrylate. High-impedance cases, including Al alloys but with denser materials improving the launching efficiency, can be used if designed according to the physics of oblique shock reflection, which indicates an appropriate case taper for any combination of explosive and case material. The tensile stress induced in the projectile depends on the relative thickness of the explosive, expansion gap, and projectile. The thinner the projectile with respect to the explosive, the smaller the tensile stress. Thus if the explosive is initiated with a plane wave lens, the tensile stress is lower than that for initiation with multiple detonators over a plane. The previous plane wave lens designs did, however, induce a tensile stress close to the spall strength of the projectile. The tensile stress can be reduced by changes in the component thicknesses. Experiments verifying the operation of explosively launched projectiles should attempt to measure porosity induced in the projectile: arrival time measurements are likely to be insensitive to porous regions caused by damaged or recollected material.     

高速列车设备舱底板的振动特性研究

为了优化设备舱底板的振动疲劳特性,建立了刚柔耦合多体动力学模型,分析了在武广谱载荷谱的线路条件激励下,底板关键位置的振动和车速的关系。研究发现,车辆设备舱底板的振动总体趋势是随着速度的增加而增加,但是在250km/h的时候,纵向振动幅值会比300km/h的要大。根据动力学仿真结果提取出载荷的大小,进行了有限元强度分析,得到了底板的最大应力和开孔位置的最大应力。滚动台试验数据和仿真结果一致,验证了模型的正确性。最后对底板进行了优化,加厚设备舱底板的厚度。对比发现,优化后的整体最大应力由8.78 MPa减小到4.79MPa,开孔处的最大应力由1.65MPa减小到0.95MPa,底板的强度性能得到了大幅度提高。     

基于不可压缩光滑粒子流体动力学的单螺杆挤出三维流动数值模拟

基于不可压缩光滑粒子流体动力学(Incompressible smoothed particle hydrodynamics, ISPH)算法,利用FORTRAN语言编程,开发一套模拟三维非牛顿流程序。通过模拟平板Poiseuille流验证ISPH算法计算非牛顿流的正确性。指出在模拟非牛顿流时,采用镜像粒子边界法处理壁边界较采用静态粒子边界法更适合。并利用该程序计算单螺杆挤出三维流场。提出两种入口出口边界设置方法：周期边界法及压力边界法。分析计算结果发现：选取周期边界较压力边界更合理;选取适当粒子分布密度可以同时满足计算效率与计算精度要求;螺槽横截面上形成环流;切应力分布梯度主要集中在左上角和右上角;沿螺槽方向的流动很平稳,然而,随着反向压力梯度的增加,流动受到反向压力梯度的阻碍更加明显。为进一步采用ISPH方法模拟几何形状更加复杂的三维螺杆挤出打下基础。     

基于MM-ALE方法的刚性脚在软土中的沉陷特性研究

为研究刚性机器人脚的形状对其在软土中沉陷特性的影响,以MAT147材料作为土壤本构模型,采用多物质ALE方法对刚性脚在土壤中的沉陷过程进行数值模拟.分别对刚性脚脚底有无孔洞对软土的应力分布和流动状态的影响进行了分析,结果表明,脚部在沉陷过程中,最大有效应力分布在脚底部边缘的正下方区域,刚性脚轮廓外围土壤的应力由大到小沿脚部轮廓向外发散.孔洞改变了脚部正下方土壤的应力分布,与无孔洞脚相比,带孔洞脚底正下方土壤应力在孔洞周围呈环形分布,深度方向上的应力分布相对均匀.孔洞还改变了土壤的流动状态,使得流向脚底部的土壤增多,密度增大,对脚部防陷有积极影响.对不同孔洞半径大小对刚性脚在软土中沉陷特性的影响也进行了比较,结果表明,相等底面积情况下,随着孔洞半径的增大,十字形凹陷处的应力也增大,脚底两倍圆孔半径范围内的应力分布越均匀,而对侧面土壤影响较小;孔洞半径影响了脚底土壤的流动状态,速度方向随着半径的增大由竖直向下变为竖直向上,土壤流速与孔的半径大小呈正相关,而同等压力情况下沉陷深度与孔洞半径大小呈负相关.     

测试压阻式三轴高g加速度计的霍普金森杆法

研究了一种压阻式三轴高g加速度计的霍普金森杆法测试实验及其数据处理方法。被测加速度计安装于标定杆的端部,从高压气舱中射出的子弹高速撞击标定杆,所产生的冲击以应力波的形式在标定杆中传播,并可以通过安装在杆中部的应变计记录。通过比较应变计的输出和加速度计输出的积分,可以计算得出被测加速度计的灵敏度。利用这种标定方法,测试了一种压阻式单片集成三轴高g加速度计的Z轴单元和X轴单元的灵敏度,测试结果分别为(2.18 μV/g)/5 V和(2.15 μV/g)/5 V。这一测试结果与利用自由落杆测试系统得出的测试结果基本吻合,表明本文所采用的测试系统及实验数据处理方法是可信的。     

SLS快速成形扫描动态轨迹误差的仿真

对SLS快速成形系统XY直线导轨高速扫描进给的动态轨迹误差进行研究 ,分析产生误差的原因 ,基于MATLAB的仿真计算方法 ,给出激光扫描运动在不同进给速度下的动态轨迹误差的仿真建模和计算方法。仿真结果表明 ,SLS快速成形XY直线导轨扫描的动态轨迹误差所引起的工件成形误差是不可忽略的因素     

喷丸残余应力场有限元模拟研究进展

喷丸强化处理工艺可以显著提高金属材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能,这与喷丸后在金属表面层形成的残余应力场紧密相关,因此对喷丸残余应力的大小及分布进行预测具有重要意义。对近年国内外喷丸残余应力场的有限元模拟进行评述,总结出6种典型的残余应力分析模型,分别是二维轴对称模型、四对称面模型、三对称面模型、双对称面模型、单对称面模型和无对称边界条件的有限元模型,比较了不同模型的特点及应用现状。介绍了当前几种新的残余应力分析有限元模型:随机三维模型和周期性边界条件模型,根据其原理和特点认为其本质是无对称边界条件模型和对称边界条件有限元模型的延伸。针对空化水喷丸、激光喷丸和超声波喷丸等新工艺,新喷丸过程的数值模拟一般是以机械喷丸工艺的数值模拟方法为基础进行改进,主要采用弹丸撞击法和等效载荷法。对未来喷丸残余应力数值模拟研究进行了展望,认为从组织强化角度深入研究喷丸强化机理、建立更符合实际喷丸工艺的有限元模型、开发新算法以及将有限元法和离散元法进行结合是值得关注的研究方向。