长杆式尾翼稳定脱壳穿甲弹结构强度的有限元计算方法及计算分析

应用弹性力学有限元单法对不同计算模型的125毫米脱壳穿甲弹的发射强度进行了建模与分析计算．在应用SAPB程序计算中．选取了弹托与弹体的刚性联接模型．弹托与弹体局部联接模型、弹托与弹体联接的伪单元处理模型．在应用ASKA程序中。采取了弹托与弹体联接应甩ASKA程序的子结构功能处理的模型．总结和比较了有关文献的计算方法．得出了用8AP6程序计算弹托与弹体联接伪的单元处理模型的计算结果与弹托与弹体联接用ASKA程序的于结构功能处理的摸型的计算结果一致的结论．本文给出了各计算模型中弹托与弹体的变形图和等应力线的分布酵，弹托与弹体联接齿及其弹体对称轴上的径向应力，轴向应力、切向应力、第四强度等效应力沿轴向分市图，给出了弹托与弹体之间相互作用力的实际分布图，用有限元计算柏结暴分析了长杆式聪壳穿甲弹在腱内断弹的可能性。     

弹引系统弹塑性有限元动力分析

以25mm口径榴弹引信系统为研究对象，采用有限元结构分析软件ADINA进行系统的弹塑性动力分析。计算结果给出了系统内关键部位包括装药的应力历程和最大弹底压力时的应力分布。同时进行了系统的模态试验和靶场试验，利用试验取得的参数修改系统有限元模型以获得准确的有限元分析结果。     

小口径智能弹药发射高过载环境下弹载模块电路应力分析

针对小口径智能弹药发射时弹载元器件极容易发生损坏失效的问题,对其高过载环境下弹载模块电路应 力进行分析。设计弹药弹载电路模块的防护结构,采用HYPERMESH 与ABASQUS 软件建立弹丸和刚体滑膛身管的 有限元模型,得到弹载电路的应力分布,计算不同防护外壳厚度下弹载电路模块的应力响应,并对聚氨基甲酸乙酯、 丙烯酸、硅酮和环氧树脂等灌封材料进行有限元数值仿真。该分析可为后续弹丸弹载模块的设计提供参考。     

弹引系统塑性有限元动力分析

以２５ｍｍ口径榴弹引信系统为研究对象，采用有限元结构分析软件ＡＤＩＮＡ进行系统的弹塑性动力分析，计算结果给出了系统内关键部位包括装工绵应力历程和最大弹试压力时的应力分布。同时进行了系统的模态试验和靶场试验，利用试验取得的参数修改系统有限元模型以获得准确的有限元分析结果。     

弹翼静气动弹性计算

采用迭代法研究大展弦比弹翼的静气动弹性.弹翼的气动载荷采用涡格法进行计算,弹翼结构特性采用有限元软件(ANSYS)进行数值模拟,通过面样条插值方法将气动计算网格上的载荷插值到有限元计算模型的网格节点上进行数据交换.以布撒器弹翼为算例,在计算中对张开式弹翼翼身连接方式进行了简化.计算结果给出了计及弹性的翼面变形以及变形前后翼面的压力分布,且对不同材料特性条件下弹翼变形特性和变形前后的压力分布进行了比较.     

不同任务要求下子母弹毁伤机场目标耗弹量算法研究

通过对机场目标的结构及地地常规导弹毁伤要求的分析,结合侵彻爆破子母弹战斗部毁伤机理,根据机场各主要子目标的材料、抗毁特性来选取相适应的毁伤效果指标.在此基础上,构造了不同作战任务要求下的侵彻爆破子母弹毁伤机场目标的耗弹量算法模型,编程计算结果验证了模型的正确性.     

异型弹芯斜侵彻靶板的数值分析

分析了高速撞击过程中不同入射角的异型弹芯的斜侵彻运动.结合异型弹芯侵彻靶板试验,建立了三维有限元计算模型,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行仿真计算,得到速度为1.5 km/s时靶板侵彻变形过程中的应力分布图,给出了碰撞过程中任意时刻的速度、加速度及能量的变化曲线.根据仿真结果,得到异型弹芯入射角与侵彻深度的变化曲线,与试验进行了对比,数值结果与试验结果吻合较好.     

子母弹燃气囊静态抛撒气囊破裂射流流场仿真分析

针对子母弹燃气囊抛撒试验中出现的气囊破裂对子弹运动特性的影响,建立了气囊抛弹的三维动力学模型。基于计算流体力学Fluent软件,通过编译自定义程序将六自由度刚体动力学方程与流体控制方程进行耦合,对气囊破裂自由射流流场结构特性及子母弹抛撒过程中气囊破裂射流流场结构特性进行对比,获得了气囊内压力变化规律。对不同破口位置的气囊射流流场进行仿真分析,获得了不同破口位置气囊内压力变化规律及对子弹的运动特性影响。计算结果表明：与气囊破裂自由流场结构相比,存在子弹时对气囊破裂射流流场结构有很大的影响;在中心位置破裂时对气囊内压力变化影响最大,破口在中心位置及短边侧时对子弹姿态的影响最大。该研究结果对预估子弹飞行弹道,了解气囊破射流流场对子弹运动的作用机理和影响规律,提高子母弹分离时的可靠性和安全性具有参考价值。     

限制器对弹丸阻力计算的影响

采用通量型NND(无波动无自由参数的耗散)差分格式结合不同限制器,计算了某超音速小攻角飞行弹丸的阻力.给出了沿弹迎/背风面压力系数和切应力系数的分布曲线,分析了不同限制器对阻力系数的影响.结果表明,压缩型限制器捕捉压力和切应力变化的能力最强,耗散型限制器会抹平压力和切应力峰值;耗散型限制器计算的阻力系数误差最大;采用可微限制器计算的层流阻力系数最符合试验值;各限制器计算的摩阻系数随来流马赫数的增大逐步与van Driest工程计算值相吻合.     

车载微波天线风力作用下结构强度分析

以弹塑性理论和有限元法为基础,运用ANSYS有限元分析软件对车载微波天线进行了不同风力载荷条件下的有限元建模与计算,得到并分析了该车载微波天线在风力作用下的应力分布部位及应力值.根据车载天线的主要技术指标,计算结果满足系统可靠性要求,这些为结构的进一步改进提供了理论依据.     

坡膛结构参数对枪械内弹道挤进时期的影响研究

枪械射击过程中枪管坡膛处工作环境恶劣,为了研究枪管坡膛角度对挤进过程坡膛处受力的影响,建立了不同坡膛角下考虑枪管及弹头结构特性、本构非线性等因素的三维有限元模型,分析了不同坡膛角对弹头挤进过程的影响,获得了不同坡膛角下挤进阻力随挤进位移的变化数据;建立了挤进阻力的响应面模型,基于上述数据采用Hermite多项式,求解获得了挤进阻力以坡膛角和挤进位移为变量的计算公式;提出建立了考虑挤进阻力的弹头挤进过程的动力学模型,编程计算了枪弹挤进过程中的挤进压力,获得了某大口径机枪满足弹头初速条件的坡膛角度取值范围为0.11°~1.13°,进而得到了缓减枪管坡膛受力、保证弹头最高初速、满足坡膛角设计范围的坡膛角度最优解为0.56°。     

高速侵彻混凝土弹体头部侵蚀终点效应实验研究

采用高速弹道炮发射、弹体飞行姿态观测、弹体回收等技术,分别进行了不同结构、不同材料弹体高速侵彻石灰石骨料、石英石骨料两种混凝土靶实验研究。结果表明,在高速侵彻的情况下,弹体质量损失量与其初动量之间存在与弹体材料强度相关的近似线性关系,弹体初速度越高、弹体材料强度越低,弹体头部侵蚀越严重,质量损失量越高。伴随着头部侵蚀的是弹体结构的破坏、侵彻深度的降低。相比于侵彻深度转变前的弹体,转变后的弹体发生了严重变形和长度的缩短,呈现出“可变形/头部侵蚀”弹体侵彻特征。与石灰石混凝土相比,侵彻石英石混凝土的弹体侵蚀更为严重,头部轮廓变化明显。最后阐述了弹体头部侵蚀与混凝土骨料的切削作用关系。     

偏转头弹箭流场特性研究

为了揭示超声速条件下偏转头弹箭的气动特性,对超声速偏转头弹箭不同偏角的流场进行了数值计算。对比普通弹丸和偏转头弹丸的流场结构后发现,偏转头弹箭控制方式可有效提高弹丸的气动特性。偏转头的主要影响集中在弹丸头部,表现为头部激波结构的变化,但对下游流场几乎没有影响,从而避免了鸭舵式控制方式中鸭舵对下游流场的扰动,从流场特性的角度揭示了偏转头控制方式的优越性。     

底排装置瞬态泄压过程数值模拟

为了研究底排弹出膛口到自由飞行阶段膛口流场发展过程以及弹丸底部参数变化,采用二维轴对称平均N-S方程和一方程S-A湍流模型研究了底排弹出膛口过程中近膛口以及底排装置内腔的流场特性。同时为了进行验证对比,研究了普通弹丸出膛口过程的近膛口流场特性,底排弹以及普通弹丸的运动通过FLUENT软件中网格的动态铺层得以实现。获得了清晰的外流场波系结构以及底排装置内腔的压力及温度的变化规律,计算结果表明,普通弹丸出膛口过程的近膛口流场波系结构与实验图片相符,证明了本文采用的数值方法的可行性,计算结果为底排装置内（燃烧室）固体燃料的非稳态燃烧过程以及固体燃料的力学性能的分析提供了丰富的数据参考,同时为膛口流场的研究提供了参考。     

弹带对高速旋转弹丸气动特性影响的数值模拟

为了研究弹带对高速旋转弹丸气动特性的影响,采用2阶Roe差分格式求解三维Navier-Stokes方程,湍流模型为SST k-ω模型。采用滑移网格技术处理弹体旋转引起的运动边界。以文献［6］进行风洞实验的155 mm无弹带弹丸为算例,数值计算结果与风洞实验数据吻合良好。分别对含弹带与无弹带弹丸在不同来流马赫数与攻角条件下的绕流场开展数值模拟,得到二者流场结构图谱及气动特性差异。分析结果表明：两种弹丸计算模型在弹带之前的压力分布基本一致,但弹带将诱导弹丸气动阻力面积增大,阻力系数有一定程度的升高,而且在弹带之后二者的压力分布差异较大;弹带因素对旋转弹丸气动特性的影响不可忽略。     

蜂窝铝冲击波形数值计算及分析

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小; 提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升; 弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。     

弹丸不同结构尼龙弹带挤进过程的阻力特性

为研究大口径火炮发射状态下弹丸尼龙弹带挤进过程的阻力特性,分析不同结构尺寸弹带的影响,建立弹带挤进的有限元模型。基于显式动力学有限元方法,编制内弹道程序对压力场进行计算,利用Abaqus软件对结构动力学过程进行仿真模拟,通过软件内部幅值自定义子程序接口将内弹道程序与动力学过程进行耦合求解。对不同弹底半径、不同宽度以及不同刻槽形式的弹带结构进行仿真计算,模拟结果完整地呈现了挤进过程中弹带的力学性能和变形演化。结果表明：弹丸底部半径越大,弹带流变空间越小,挤进阻力也越大;弹带的密封性能随着其宽度增加而逐渐改善,但所受阻力也会逐渐增大,当宽度过大时会引起膛压过高和弹带失效等风险;弹带刻槽可以有效地将单段流变转变为多段流变,在保证闭气性能前提下避免弹带宽度过大而造成的阻力过大,且刻槽深度变化对挤进阻力的影响比刻槽宽度变化更大;仿真计算结果可为后续选择合理的弹带结构提供重要参考。     

不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响,获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。研究结果表明：陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制;当弹体速度小于1 000 m/s,随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm,复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上,期间弹体耗能最高可达50%;当弹体速度大于1 000 m/s时,侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导,期间最高耗能可达85%;当金属与陶瓷的厚度比为2∶1时,复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间,并实现较高的弹道防护效能。     

高温引起的弹头壳铜被甲材料性能变化对弹头膛内运动影响

为了研究高温下铜被甲弹头在膛内运动状况,通过高温拉伸试验得到枪管材料和弹头壳铜被甲材料的力学性能参数,建立了铜被甲弹头在全枪管中的挤进运动有限元模型。该模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲以及铜被甲材料在不同温度时的力学性能。通过数值模拟研究了弹头挤进过程以及弹头在膛内运动姿态,分析了铜被甲弹头在不同温度下的挤进阻力、材料流动及变形。计算结果表明,温度越高,弹头在膛内变形越大,前进阻力也越大,弹头头部铜被甲弯曲程度越厉害;对弹头运动姿态进行分析后发现,温度越高,弹头在膛内摆动角越大,说明了热枪状态下铜被甲弹头的射击精度会下降,射弹散布变大。     

半隐身弹丸对雷达的隐身性能研究

为了实现弹丸对炮位侦察校射雷达隐身的目的,研究弹丸对雷达隐身的技术,在弹丸外形隐身的设计上采取全隐身和半隐身两种结构方式。全隐身弹丸是完全依据外形隐身设计规范而设计的,其结构为次口径碟形隐身弹丸,虽然其隐身效果突出,但牺牲了弹丸威力和精度。为了在保持弹丸威力和精度前提下实现雷达隐身的目的,采用全膛隐身弹丸结构,弹丸前定心部表面不涂覆吸波材料、直接接触炮膛,成为半隐身弹丸。设计制造X波段、S波段半隐身弹丸,并在试验中利用炮位侦察校射雷达搜索、跟踪半隐身弹丸,检验半隐身弹丸对雷达的隐身效果,试验结果证明半隐身弹丸的确具备隐身性能。