大口径弹体高速入水载荷特性研究

针对未来海上平台发射大口径抛射体入水冲击载荷问题,为了研究速度接近200 m/s时,不同速度、入水角度以及攻角对大口径平头弹体入水径向载荷以及轴向载荷的影响,基于LS-DYNA软件,采用多介质ALE方法,对速度在150～190 m/s,入水角度在45°～60°之间,具有3°～7°攻角的弹体入水模型进行数值模拟。结果表明:在同一入水速度的情况下,轴向载荷峰值随入水角度的增加而增加,径向载荷峰值随着入水角度的改变有一定的波动;在入水初期,径向载荷到达峰值后慢慢趋于稳定并收敛于0;径向载荷的峰值出现在轴向载荷撞水瞬间产生的第1次小峰值时刻;正攻角会使弹体产生顺时针旋转的径向载荷,负攻角会使弹体产生逆时针旋转的径向载荷,载荷大小随着攻角数值大小的增大而增大。     

刚性截锥形弹体入水冲击载荷

研究截锥形弹体垂直入水冲击载荷。建立了截锥形弹体垂直入水冲击载荷的理论计算模型;对截锥形弹体在不同入水速度和不同头部结构参数情况下的入水冲击载荷进行了计算;分析了入水速度、弹体头部参数和沾湿因子对入水冲击载荷的影响。研究结果对弹体入水冲击载荷的预测和截锥形弹体头部结构的设计具有参考价值。     

鱼雷入水战斗部动态响应仿真分析

鱼雷入水过程不仅影响鱼雷的弹道,而且对鱼雷的结构及内部元器件等将产生结构功能响应。本文以轻型鱼雷为例,采用ANSYS/LS-DYNA仿真分析软件建立了鱼雷入水的有限元模型,分别计算了在几种不同的入水速度下,鱼雷战斗部壳体关键部位的加速度随时间的变化特性,并对战斗部不同部位的加速度随时间的变化曲线进行了对比分析,得出了在不同的入水速度下鱼雷战斗部的动态响应规律,其结果对于新型触发引信的设计、战斗部装药的安全性设计及其他元器件的抗冲击性能设计具有重要的参考价值。     

空投 UUV 入水冲击仿真研究

空投布放的水下航行器在入水冲击初期会遭受巨大的冲击载荷,可能对壳体结构和携带的仪器设备造成很大的危害。掌握 UUV 在不同工况入水时所受冲击力的情况,对研究空投 UUV 壳体强度设计和安全入水方法都有着非常重要的作用。建立了 UUV 入水有限元仿真模型,并利用 ANSYS ／LS-DYNA 对 UUV 在多种工况下入水时所受冲击力的情况进行计算。最后通过分析仿真结果数据得到几点有益的结论,为空投 UUV 安全入水提供有价值的参考。     

基于ALE方法的弹性圆柱壳入水时的流固耦合模拟

为了获得头型及材料弹性对圆柱壳入水过程中头部变形、压力分布、入水空泡形态及入水运动状态的影响,采用ALE方法,基于有限元软件ANSYS\LS-DYNA,对平头、120°锥角、90°锥角弹性圆柱壳的入水过程进行了数值模拟,对平头弹性圆柱实体和平头刚性圆柱壳进行计算,并对模拟结果进行对比。结果表明:入水过程中空泡直径随着锥角的增大而增大,锥角越大,圆柱壳上表面的变形越大,最大变形出现的时间越早:平头弹性圆柱壳在0.1 ms时出现最大变形0.84 mm,120°锥角弹性圆柱壳在0.3 ms时出现最大变形0.54 mm,90°锥角弹性圆柱壳在0.5 ms时出现最大变形0.43 mm; 下表面受到的压力越大,圆柱壳的速度衰减越快; 平头圆柱壳下表面的变形与振动频率大于上表面; 上表面的变形是由惯性引起的,下表面的变形是由流体冲击力引起的。     

远场水下爆炸作用下平板的冲击响应仿真

为了对舰船水下防护结构设计提供参考,采用LS-DYNA软件中的声固耦合法对远场水下爆炸作用下平板的冲击响应问题进行了模拟,计算结果与公认的双渐进近似算法计算结果较为接近.计算模型中采用了空化声单元和粘性非反射边界,并对比了网格加密、不同水柱高度和是否考虑空化的影响.LS-DYNA的声固耦合法计算速度快,计算准确度接近公认的双渐进近似算法,为国内水下爆炸数值计算人员提供了一种新的思路和计算工具.     

基于LS-DYNA的导弹引信触地过载仿真分析

为了深入分析导弹引信触地过载环境,采用LS-DYNA软件对四种不同落速落角条件下的触地过载进行了仿真计算,得出了四种条件下的引信触地过载曲线,结合应力波和过载在弹体内的传递过程,总结出了以加速度传感器为基础的引信惯性触发发火控制系统设计的相关规律.这些规律对惯性敏感元件的布局、引信强度校核和发火控制逻辑设计具有参考价值.     

弹体斜侵彻混凝土过程中炸药的动态响应

采用AUTODYN计算软件对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟,分析了弹体内部不同位置处炸药的受力情况及炸药与壳体的相互作用;结果表明：斜侵彻时装药的前端和后端是两个受力较明显的区域;前端主要受压缩作用,炸药产生明显的塑性应变;后端装药受到拉伸和压缩作用,装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞;斜侵彻过程中,装药前端的受力中心位于靠近靶板一侧的边缘处,而装药后端的受力中心仍然是端面中心;根据计算结果,侵彻弹药装药的防护不仅要从装药的前端面和后端面进行考虑,还要考虑装药的侧面。     

基于流固耦合的航行体高速入水规律研究

针对航行体高速入水过程中的流固耦合问题,采用有限元软件LS-DYNA中基于任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)的流固耦合方法,首先对美国MK25鱼雷模型的入水过程进行动态模拟,获取模型入水过程中的冲击效应和随时间变化的过载,得到不同时刻的流固耦合形态,验证了仿真方法的有效性。然后针对某航行体模型的质量、缩比效应、速度、入水角度等因素进行了仿真研究,结果表明决定高速入水过载的最重要因素是入水速度,入水角度对过载的影响相对较小,分析缩比结果验证了缩比定律的有效性。     

基于LS-DYNA的钢凹法数值模拟

基于LS—DYNA的钢凹法的数值模拟分析分为前处理、求解和后处理．前处理设置单元属性。构建模型．划分网格、定义接触、初始条件、载荷及约束、求解时间和输出文件等。用LS—DYNA修改前处理输出文件．进行递交运算，再用LS-PREPOST刷新速度、查看结果、动画模拟过程，得出能量、速度、冲击力应力等变化曲线。并用例子进行了分析和验证。     

基于仿真的某中口径舰炮弹丸入水前冲过载

为了为某舰炮弹丸弹底触发引信惯性前冲发火机构对海射击时的动态特性设计和评估提供参考,借助ANSYS/LS-DYNA软件,采用任意拉格朗日-欧拉方法,仿真了该弹丸不同落速、不同落角的入水过程,得到不同落速、落角和是否自转等条件下的弹丸入水前冲过载.落速或落角越大,前冲过载越大、过载峰值宽度越小;小落角入水过程中弹丸姿态不稳定,易发生跳弹,使前冲过载减小,甚至消失,并产生较大径向过载;自转对该弹丸入水前冲过载影响较小,可忽略;落速250 m/s、落角5°时的过载是引信惯性发火机构发火准确性设计要考虑的可信极限弹道环境,前冲过载峰值约为287 g,持续时间约为1 ms.     

低亚声速射弹垂直入水的流体与固体耦合数值计算研究

基于多物质的任意拉格朗日-欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法,考虑水的可压缩性,建立了低亚声速射弹垂直入水的流体与固体耦合计算模型。对低亚声速射弹入水时空泡、流场与弹道间的多介质耦合问题进行了数值计算,得到了不同入水条件下入水深度、速度变化曲线和空泡面闭合、空泡深闭合时间。模拟了高速射弹入水后的空泡演化过程,得到了射弹初始入水速度对空泡面、空泡深闭合时间的影响规律以及射弹加速度、应力、应变响应。将阻力系数数值计算结果与经验公式计算结果进行了比较,二者吻合良好,表明该数值计算方法是可行的。     

导弹撞击水幕动态响应数值模拟研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,对掠海飞行导弹撞击水幕的动态过程进行模拟,分析了水幕厚度对导弹飞行速度、弹体载荷以及弹体头部压力的影响。分析结果表明:水幕厚度变化对弹体飞行速度变化影响很小;导弹整体过载与水幕厚度以及弹体初速有关,水幕厚度小于0.4 cm或大于8 cm时弹体的轴向过载随弹体速度增加而增加;当弹体飞行速度在300 m/s左右,弹体头部获得最大的冲击压力。数值研究结果为分析研究爆炸水幕形成技术以及水幕反导毁伤机理提供了数据支撑。     

基于LS-DYNA计算结果的破片战斗部虚拟打击仿真

为了完整描述破片战斗部打击轻装甲目标的全过程,建立了破片战斗部打击仿真系统.该系统实现了基于LS-DYNA计算结果的动态破片场生成,使用射击迹线仿真模型确定了破片的飞行弹道,采用THOR模型分析了目标的侵彻毁伤.该系统使用标准C++和glut库进行程序编译,实现了虚拟打击仿真的三维漫游显示.以某战斗部为例进行了算例分析,并与试验进行了对比,结果表明,仿真与试验的破片着靶总数基本一致,但在分布上有一定的差别;利用该系统进行战斗部设计和评估能够减少靶场试验次数和降低试验费用.     

射弹引起的鱼雷自导系统毁伤仿真

鱼雷自导系统毁伤评估模型是研究鱼雷与反鱼雷对抗中的关键技术,通过三维非线性动力学仿真软件ANSYS/LS-DYNA对射弹侵彻毁伤鱼雷自导系统进行数值模拟,分析研究间隔靶的弹道极限速度与侵彻靶板层数、射弹与靶版的变形规律、速度位移规律和自导系统的毁伤概率等之间的关系.     

回转体高速垂直入水冲击特性研究

回转体入水过程不仅影响其运动轨迹,而且将引起回转体壳结构以及内部元器件的动态响应。本文利用大型商用软件MSC.dytran数值模拟技术,对圆盘尖拱头型回转体最危险的入水状态,即垂直入水过程进行了数值仿真,得到了此回转体垂直入水的冲击特性,以及垂直入水初期的弹道特性、轨迹与入水超空泡。分析结果将对此回转体头部壳体强度设计、提高抗冲击性能、入水弹道设计以及水中布放位置研究都具有重要的参考价值。     

2 种方式装药弹丸侵彻混凝土的安全性仿真

为获得弹丸炸药装药动态响应规律,以某型号舰炮为原型,利用LS-DYNA进行原比例建模.构建圆柱形和圆台形2种装药方式的弹丸模型,对其侵彻混凝土靶板过程进行仿真,获得炸药装药应力曲线及炸药爆轰后的压力曲线.结果表明:圆柱形装药弹丸未完全穿透靶板,发生早炸;圆台形装药弹丸完全穿透靶板,未发生爆轰;圆台形装药方式可有效减小侵彻时装药与弹壳相互碰撞的机率,提高侵彻安全性.