基于耦合欧拉-拉格朗日算法的航行体缓冲头帽冲击性能

航行体在入水过程中会受到强烈的冲击载荷,过高的冲击载荷极易造成结构破坏和内部设备失灵,研究结构高速入水降载技术具有十分重要的意义.设计一种以预制裂纹碳纤维材料作为外罩、泡沫铝作为内部缓冲材料的缓冲头帽.基于有限元方法,采用耦合欧拉-拉格朗日求解器研究缓冲头帽的降载效果,通过对比数值结果与小球入水实验图像验证数值方法的有...     

鱼雷入水缓冲保护头帽解体试验研究

本文介绍了在真实入水环境下进行的一次鱼雷入水缓冲头帽解体试验及其结果,试验肯定了所研制的专用复合材料制作头帽罩壳的合理性;探明了头帽入水时的罩壳破裂解体的成因,确认了鱼雷入水缓冲头帽,特别是泡塑缓冲件对鱼雷入水的降低过载的作用。     

带尖拱形缓冲头帽鱼雷的入水载荷

本文针对鱼雷高速入手时的瞬态冲击压力及过载引起雷体结构及内部器件失效这一问题，讨论了缓冲头帽在鱼雷头部入水时的缓冲效果。计算结果表明，鱼雷带上缓冲头帽可显著降低入水时的受载水平。     

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。     

圆柱体轴向撞水振动响应分析

针对运动圆柱体入水冲击问题,应用结构振动学理论及相关求解方法,研究了圆柱体在垂直入水时与水面发生碰撞瞬间轴向受到水面冲击载荷作用时的振动响应,建立了数学模型,并利用动力学仿真软件对其入水过程进行了仿真计算,同时与试验数据进行了对比分析,验证了解析法的正确性。结果表明圆柱体材料弹性模量、截面积、质量和长度对其响应有很大影响,使用文中所采用的解析法可以计算运动体轴向撞水瞬间的振动响应,可为空投入水弹药壳体设计提供理论参考。     

空投鱼雷入水深度自组织模糊控制器设计

本文提出了一种改进的自组织模糊控制器设计方法,当非线性系统的初始条件发生较大变化时,用它设计的控制器具有很强的适应性。然后用其在典型设定深度和入水条件下为某型鱼雷设计了深度自组织模糊控制器,并进行了各种入水条件下的仿真研究。仿真结果表明,用该方法设计的非线性鱼雷深度控制系统在各种入水条件下,都能满足设计要求,较好地解决了空投鱼雷入水条件大范围散布情况下的深度控制问题。     

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。     

某型车车身底部抗爆炸冲击性能仿真研究

为提高某型车车身底部的防护性能,设计了底部带有双V型防雷组件的防护型车身.针对无防雷组件和装有防雷组件的两种车身底部结构,分别进行了基于ALE算法的抗爆炸冲击性能仿真分析.通过对比相同边界条件下两种车身底部结构的抗爆炸冲击性能,得出带有双V型防雷组件的防护型车身底部结构能有效提升车身底部对爆炸冲击的防护性能.通过仿真与试验验证了仿真分析方法的可行性.该研究对军用车辆底部抗爆炸冲击防护性能研究具有一定指导意义和实用价值.     

回转体超音速入水冲击数值仿真

入水冲击问题是现代水中兵器的研究热点之一。采用商用CFD软件,使用流体体积函数(VOF)模型并结合动网格技术,仿真了平头回转体模型在亚音速、跨音速以及超音速状态下的入水过程,得到了模型在不同速度下的入水阻力特性、头部直径、液体可压缩性及空气激波对入水过程的影响。仿真结果表明,入水阻力系数峰值随着速度的增加先降低后平缓,峰值宽度逐渐降低;增大头部直径,阻力系数峰值增加,峰值宽度增加;水的压缩性会使阻力系数峰值出现的时间延后,数值降低;空气激波会使接触水面时刻阻力系数降低。     

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。     

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。     

旋成体高速入水可压缩性影响研究

针对目前高速（≥100 m/s）跨水-气体界面多相流数值模拟中空化效应和水介质可压缩性影响等问题,建立一套高速入水数值模拟方法。以旋成体为计算模型,采用剪应力传递(SST) k-ω、 标准(Standard)k-ε、重整化群(RNG)k-ε及可实现(Realizable) k-ε 4种湍流模型进行数值模拟,得到速度衰减与入水深度随时间变化的结果及入水1 ms时的空泡形态,并与理论解比较。基于SST k-ω湍流模型与文献［15,17］实验开展对比研究,选取入水速度50 m/s、100 m/s、200 m/s、400 m/s、800 m/s进行计算。研究结果表明：采用SST k-ω湍流模型的数值模拟结果与理论解一致性最好,入水速度衰减、空泡发展与实验结果基本一致,证明该方法的有效性;在入水速度≤100 m/s时, 液体可压缩性对入水冲击载荷基本没有影响;在入水速度≥200 m/s时,随着入水速度增加,液体可压缩性对入水冲击载荷影响越大,会弱化入水冲击载荷及延缓最大载荷出现的时间;在考虑液体可压缩性时,空泡形态有收缩现象;入水速度越大,入水过程速度衰减越快,加速度值在入水初期较大;在计算模型周围被超空泡包裹的航行阶段,随着入水深度增加,加速度逐渐减小,加速度的变化逐渐平缓。     

跨介质飞行器头部外形优化及入水性能分析

跨介质飞行器头部外形是影响跨介质过程中运动学特性的重要因素之一。通过采用常见的双参数立方多项式曲线方程,获取跨介质飞行器头部外形曲线无量纲参数,采用任意拉格朗日-欧拉方法完成不同头部外形跨介质飞行器的流固耦合建模及性能分析,研究不同头部外形入水后末速度与入水过程中所受最大冲击应力。以最大末速度和最小冲击应力为优化目标,在保证有限元仿真精度的同时,通过径向基神经网络提升计算效率,并利用多岛遗传算法对跨介质飞行器头部外形进行多目标优化,以得到最佳的头部外形。研究结果表明,跨介质飞行器最优头部外形相对于基本外形,入水过程速度衰减量与所受冲击应力明显降低,有效地减少入水过程中跨介质飞行器的能量损失,可为跨介质飞行器的头部外形设计提供参考。     

基于MATLAB/Simulink的高速空投弹道仿真

采用MATLAB／Simulink对高速空投弹道进行仿真,建立外界因素影响的无伞空投弹道系统仿真模型。以空投鱼雷为例。分析空投高度、空投速度以及随机风对鱼雷空投弹道的影响,给出高速空投弹道的规律。该方法可以有效地应用到水中兵器空投弹道的仿真分析中,并为入水冲击水下弹道导引规律设计研究提供技术参考。     

基于损伤力学的蓝宝石激光窗口强度分析及数值仿真研究

为了分析蓝宝石激光窗口的强度,基于Hill′48各向异性屈服方程提出了蓝宝石损伤力学模型,开展了数值化方法研究,并编写了计算损伤变量的USDFLD子程序。采用通用有限元分析软件ABAQUS建立了窗口组件有限元分析模型,仿真分析了蓝宝石窗口在高压作用下的应力和损伤变量分布。仿真结果表明,窗口受到高压载荷后,在靠近上边缘处的剪切应力最大,该区域的损伤变量值较大,与试验时窗口破裂位置一致,说明该区域的损伤主要受剪切应力影响。为了提高蓝宝石激光窗口的强度和寿命,对该材料强度理论和相关研究结果分析,讨论了提高蓝宝石窗口强度和寿命的工程化技术措施。     

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。     

超空泡航行器20°角倾斜入水冲击载荷特性试验研究

为探究带圆盘空化器的超空泡航行器倾斜入水过程冲击载荷特性,开展了20°入水角条件下的试验研究。超空泡航行器由空气炮加速获得入水初速度,采用内置惯性测量单元记录载荷变化,试验完成后提取数据进行分析;试验设定了典型入水工况,分析了航行器入水冲击过程轴向载荷的变化特性,进行了入水速度和空化器面积对入水冲击载荷影响的系列试验,分析了各参数下的冲击载荷特性。研究结果表明：航行器入水冲击载荷峰值时刻侵彻距离为空化器直径的1.89倍, 阻力系数为稳定航行阶段的1.33倍;在所研究的范围内入水速度和空化器面积对阻力系数峰值无影响。     

平头尖拱体斜入水冲击理论建模与仿真

以冲击体入水动力学和入水弹道学理论为基础,针对平头尖拱体入水冲击这个复杂物理现象,引人体现液面隆起现象的沾湿因子,用等效液面代替自由水平液面,建立了斜入水高速冲击的运动学和动力学冲击模型,其中动力学模型是根据平头尖拱体沾湿面的具体几何形状而建立。然后通过时间步进技术编制斜姿态入水冲击耦合程序进行仿真计算,不仅得到斜入水冲击的最大冲击载荷,而且得到入水初始状态条件和入水冲击载荷之间的关系,以及模型中考虑液面隆起对斜入水冲击载荷计算结果的影响。最后重点分析入水过程中轴向、纵向冲击载荷和冲击转动力矩的变化规律,为忽扑、击水弹跳现象或后继的弹道提供预报。     

某转管机枪活塞组件驱动轮磨损状态下的可靠性分析

活塞组件驱动轮的磨损会影响自动机的可靠性,从而影响转管机枪的性能。通过对活塞组件进行受力分析以及可靠性分析,利用有限元软件建立了活塞组件的动力学模型,研究了驱动滚轮在前曲线槽内运动时的应力和应变状况,通过修改滚轮外径,仿真模拟了不同磨损量对机枪可靠性的影响。结果表明:通过对驱动滚轮发生不同程度磨损现象的仿真分析,磨损量较大时,驱动滚轮更容易发生应力集中现象,塑性应变也就越大。该仿真研究可为转管机枪的设计改进提供参考。     

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。