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。     

用Mackey方法计算鱼雷带空泡航行时的入水弹道

在英国学者Ｍａｃｋｅｙ文献「１的研究基础上，根据实际空泡 的外形，和理新拟合了空泡椭球模型中的经验常数，分析了由雷体与空泡壁的相互作用引起的鱼雷流体动力变化特性，计算预报的入水弹道与模型试验结果吻合得较好。     

基于LS-DYNA 的弹体入水过程冲击响应仿真

针对新型破障炮弹、助飞鱼雷等入水武器装备研制需求,开展弹体入水过程的冲击响应数值模拟,对比 分析弹头形状、入水初速和入水角度对速度衰减及过载响应等产生的影响。仿真结果表明：平头弹速度衰减最快, 锥头弹次之,圆头弹衰减最慢;圆头弹过载峰值最小,其头形结构最利于水中运动的稳定;入水初速越大,速度衰 减越快,弹体所受载荷增加也越明显;圆头弹倾斜60°入水时,前期速度衰减相对较慢,后期加快,过载峰值相对较 低。该仿真可为弹体设计和入水初态选择提供理论参考。     

流固耦合数值模拟方法及其在分段式SRM的应用

固体火箭发动机工作过程由于结构变形与内流场之间的流固耦合作用可能造成发动机内流场压强振荡,导致载荷的动态受力甚至可能毁坏载荷。从耦合算法、界面数据传递、动网格算法三个方面介绍了流固耦合数值计算方法,总结了流固耦合在分段式固体火箭发动机工作过程压强振荡方面的研究及应用进展。指出基于分离解法,结合流场大涡模拟模型,能较好的求解固体发动机内因流固耦合因素导致的压强振荡问题。     

基于数值仿真的球体垂直入水空泡演化过程研究

为研究球体垂直入水空泡的演化过程,基于N-S方程、VOF多相流模型及动网格技术,对球体的垂直入水过程开展了数值仿真模拟并进行分析。球体入水初期受到较强的冲击载荷并产生喷溅,球体入水后会产生和大气相连的入水空泡,空泡形成之后,依次经历发展、闭合以及溃灭等演化阶段,空泡受到的周围流体压力是空泡发生深度闭合的主要原因,空泡在闭合后会产生上下两股高速射流。结果表明：数值计算得到的球体垂直入水空泡形态和试验结果吻合良好,验证了仿真的准确性。     

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。     

基于拉格朗日法的高速撞击自由圆柱壳穿孔效应数值模拟

针对高速撞击结构的局部化毁伤特性,利用LS-DYNA动力学程序,基于Lagrange法对弹丸高速撞击自由圆柱壳进行了数值模拟。分析自由放置圆筒在高速撞击下的穿孔效应和能量消耗、再分配关系。结果表明：随着撞击速度的增加,弹丸穿孔直径也呈线性增加;撞击速度在2.0~3.0 km/s范围内,其扩孔比为1.45~1.65,模拟结果与试验吻合较好。穿孔能量消耗随撞击速度提高而呈线性增加,其所占总能量的比例为16%~17%。自由圆柱壳变形内能随撞击速度增加而降低,更多的能量用于形成碎片云和增加碎片云的动能。     

基于引信MEMS射流发电机的流固耦合分析

为了探索弹丸飞行时MEMS射流发电机气道中压电振子在气流作用下的运动情况,对发电机的流场和压电结构部分的流固耦合问题进行了理论分析与数值模拟,采用有限元法,利用ANSYS Workbench和CFX及ANSYS FLOTRAN相结合的算法实现流体分析和结构分析的单向流固耦合计算和双向流固耦合计算,并对两种流固耦合方法进行了分析和比较,最后得出在高速气流驱动下固体结构的变形相对较大,导致流场的边界形貌发生了相对较大的改变,宜采用双向流固耦合的办法进行仿真分析。     

基于流固耦合的某摆膛炮膛管间隙研究

针对摆膛炮在一定射弹量后卡膛无法正常供弹的问题,为确定某摆膛炮摆膛和身管之间的合理间隙,通过温度场理论计算得到结构模型初始参数; 利用流固耦合和动网格仿真模拟弹丸发射及装弹过程中该发射装置身管、摆膛传热过程; 采用有限元热-应力模块研究该炮在五连发的高温高压下摆膛和身管间隙位置的形变位移。利用该方法,在该火炮连续发射5发的条件下,获得了摆膛和身管关键位置的温度变化情况; 采用热-应力有限元计算得到了膛管形变位移,确定了两者间隙的合理范围。     

水下爆炸冲击波作用下小型多舱圆柱壳的塑性响应

运用数值计算与水下爆炸试验相结合的方法研究了水下爆炸冲击波作用下小型圆柱壳的塑性响应。通过引入金属材料的Johnson-Cook(J-C)强度模型,应用国际通用软件ABAQUS的声固耦合算法分析计算了小型圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的塑性变形,并进行了试验验证。     

内充压圆柱壳体抗激光临界旋转周期的研究

从数值模拟的角度研究了连续激光辐照内充压圆柱壳体的温度场分布,对旋转状态内充压圆柱壳体和不旋转圆柱壳体的温度场进行综合和比较,结合激光对材料破坏机理,分析了旋转圆柱壳体的抗激光能力与圆柱体旋转速度的关系,提出适用于工程应用的具有良好抗激光能力的临界旋转周期.     

端面起爆驱动圆柱壳体的分析

文中通过对基本的爆轰理论推导,并考虑稀疏波的影响,根据实际情况推导了端面起爆驱动圆柱壳体的破片速度分布,可以看出其速度值的最大分布区域与通常的观点有差异,并提出了三种爆轰场等场强作用的形成方法.该理论分析结果可为爆轰加载研究及战斗部工程设计提供有益的参考.     

轴压弹性圆柱壳中的包络孤立子及其存在条件

采用环向对数应变,详细推导了支配圆柱壳横向轴对称运动的非线性方程。利用约化摄动法从非线性运动方程中导出了非线性Schrdinger方程。由此表明,在一定条件下受轴压弹性圆柱壳中存在包络孤立波;随着载荷参数λ和波数k的取值不同,可给出亮孤子解和暗孤子解。     

响应面法在圆柱壳体结构优化设计中的应用

以爆炸过程使金属圆柱壳体结构内层分离时所需炸药量最小为目标,其某些尺寸为设计变量,外层结构上最大值为约束,对圆柱壳体结构进行优化.利用有限元显式程序模拟圆柱壳体的高度非线性爆炸行为.采用中心对称试验方法选取样本点,运用响应面法建立优化模型.利用Matlab中QUADPROG优化模块得到该响应面的最优解.上述优化过程不断重复,直到圆柱壳体结构最优的一组几何尺寸得到为止.研究结果表明响应面法应用于在侧向爆炸冲击作用分离的圆柱壳体结构优化问题上是可行的,具有提高计算效率、缩短设计周期等优点.     

钨合金弹侵彻圆柱壳靶板的数值模拟

利用ANSYS／LS—DYNA有限元软件,通过数值计算模拟了反导舰炮系统的钨合金弹侵彻反舰导弹的战斗部壳体的过程,分别计算了钨合金弹以不同的速度侵彻圆柱壳靶板的不同位置时子弹的剩余速度和剩余动能,并对钨合金弹侵彻相同厚度的圆柱壳靶板和平板靶板进行了比较。计算结果表明,子弹的侵彻位置对剩余速度和剩余动能影响很大,钨合金弹侵彻相同厚度的圆柱壳靶板和平板靶板的过程规律相似,只是在数值上有很小的差别。     

铝合金薄壁圆柱壳切削稳定性研究

对于圆柱壳的加工,由工件材料的性能和结构特点,可知其相对刚度较低,加工工艺性差,易变形,在加工中易产生振动。再生型切削颤振是机床切削振动的主要原因。在现有文献的基础上研究了圆柱壳再生型切削颤振系统极限切削宽度随机床主轴转速变化的规律,并通过动态测试实验、模态实验和动态切削力实验,对切削系统的动力学参数进行识别,最终得到了圆柱壳切削系统稳定性极限图,并在传统稳定性的基础上提出严格稳定区的概念。     

含内部子结构有限长圆柱壳体水中声振特性分析

研究了多振动源激励下水中含内部子结构的有限长圆柱壳体声辐射和振动特性,基于板壳理论得到了圆柱壳体和平板的应变能和动能,由结构声振耦合得到了多振动源激励力和流体载荷的势能,用Lagrange乘子表示板与壳体的连接条件,建立了多源激励下水中含平板有限长圆柱壳体的声振耦合方程,研究了平板位置、激励源作用距离等对壳体声振特性的影响;研究结果可为水下航行体的振动与噪声控制提供理论依据。