锚索框架计算理论的研究现状及力学模型的探讨

虽然锚索框架是加固边坡非常有效的支挡结构型式,然而其计算模型以及相应的计算理论仍不完善,在某些方面并不能反映其真实的受力过程和工作状态;坡体与锚索框架梁是一个相互作用、受力不断调整的过程,而目前对锚索框架梁的研究都是将锚索框架梁分成为预应力锚索和框架梁分别单独进行分析,缺乏对锚索框架梁整体的分析总结;通过对预应力锚索框架梁的施工过程和作用机理的分析,探讨了预应力锚索框架梁计算模型的两个重要环节,并建立了一个更加合理、真实的锚索框架梁变形协调方程。     

斜锚桩与抗滑桩联合支挡结构的力学行为分析

运用 ANSYS 有限元软件,结合强度折减法原理,对斜锚桩与抗滑桩联合支挡结构加固边坡进行三维数值分析,计算了支护加固前后的边坡稳定系数并进行稳定性评价,分析了联合支护时结构受力和变形的特点。计算结果表明：使用钢筋混凝土斜锚桩代替锚索或锚杆,既能协助抗滑桩提供一定的水平抗力,又能抵抗竖直变形,增强边坡稳定性。     

多级液压缸建模及级间缓冲研究

大型起竖装置普遍采用多级液压缸驱动,在缸体初始长度相同的情况下,多级缸较单级缸行程更长,但是其结构也更复杂。为得到多级缸的特性,基于容腔节点法建立了多级缸的运动模型,考虑润滑油膜的信息改进了LuGre摩擦力模型,采用迟滞因子的等效阻尼模型改进了接触力模型,完成了多级缸驱动起竖过程的仿真。多级缸换级时作用面积突变,导致压力和速度突变,产生过大的冲击,为减小换级冲击,在缸筒上布置多个缓冲小孔。仿真结果表明：采用缓冲结构后,换级时缸筒同步运动,将压力突变转化为缓变,提前将压力增大至下一级缸筒工作压力,大幅度减小了换级时的速度和加速度波动。     

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°。     

狙击步枪弹准静态弹头挤进力研究

狙击步枪弹挤进过程对狙击步枪射击精度的影响很大,而坡膛的结构参数又是影响挤进过程的一个重要因素。为了揭示坡膛对挤进过程的影响,通过一套设计的试验装置,进行了两种不同坡膛工况下狙击步枪弹的准静态挤进试验,得到坡膛锥角对挤进力的影响情况;采用非线性有限元方法模拟挤进过程,建立弹头挤进过程有限元计算模型,分析仿真结果得到了多组坡膛锥角与挤进力间的关系及其挤进力的组成与各部分所占比重,发现狙击步枪弹不同于其他弹头的挤进特性,同时揭示了狙击步枪弹挤进力的形成机理;依照坡膛、狙击步枪弹的结构特点将挤进过程分为5个阶段,推导出各阶段上挤进力函数表达式;从试验、仿真与理论3个方面研究狙击步枪弹准静态挤进特性,对了解狙击步枪弹挤进过程与弹/枪参数匹配机理具有重要意义。     

基于摄动制导的运载火箭一子级落点控制

针对运载火箭一子级落点横向散布较大的现状,找出了落点横向散布主要影响因素,提出在一级飞行后段施加摄动制导的一子级落点控制方法,并针对入轨精度和与载荷相关的特征参数作了影响分析。经分析表明,该方法能显著减小一子级横向散布,对入轨精度影响极小,不会导致箭体结构破坏,有利于弹道设计和落区安全工作的开展。     

整体式头罩分离运动轨迹可靠性分析

针对导弹整体式头罩分离运动过程,为了获得不同工况下头罩分离轨迹的可靠度,采用最小二乘方法拟合罩体运动轨迹曲线,通过多元线性回归方法建立拟合参数与飞行状态参数间关系;建立了安全边界方程,利用蒙特卡洛方法计算罩体运动轨迹的可靠度;考察了罩体运动过程中各随机变量变异系数对可靠度的影响;获得了整体式头罩分离运动的可靠性基本规律,为头罩分离机构设计和可靠性分析提供技术参考和有效方法。     

坡膛结构变化对火炮内弹道性能影响的研究

考虑了经典内弹道方程组和弹带挤进过程的耦合效应,以内弹道方程组的解作为弹带挤进过程数值模拟的力边界条件,同时以数值模拟的结果作为内弹道方程组下一增量步计算的初始条件。引入了Lemaitre提出的基于连续损伤介质力学的考虑粘塑性及韧性损伤耦合效应的本构模型来模拟弹带材料的损伤失效过程,采用了Von Mises屈服准则、Johnson-Cook硬化模型及Johnson-Cook失效模型,考虑了大应变、高应变率、温度软化作用、初始损伤及累计损伤失效效应,并借助一种高效的时间积分方法通过Abaqus\\Explicit模块的材料子程序接口VUMAT将其引入到显式非线性有限元软件中,借助显式非线性有限元算法对两种坡膛结构下弹带挤进过程进行了数值模拟。分析了两种不同坡膛结构对弹带在挤进过程受力状态的影响,同时指出坡膛结构及弹带应力状态对火炮内弹道性能的影响,为火炮坡膛的设计提供了有益的参考。     

不同形状破片撞击铝合金靶板的破坏模式和规律数值研究

利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立破片撞击靶体模型,分析撞击物形状对靶体失效特性的影响规律及机理。通过公式拟合得到弹道极限和速度曲线,研究靶体的抗撞击性能。分析弹靶接触方式和破片形状对弹靶撞击过程、靶体失效模式和耗功的影响。结果表明:面撞击时,弹道极限与扩孔圆周呈反比,靶体发生剪切冲塞失效;点撞击时,弹道极限与扩孔面积呈反比,靶体失效为花瓣型开裂,圆球撞击兼有冲塞失效和花瓣开裂。     

基于大型翼伞可控回收的箭体结构与分离方案设计

对于高密度发射的运载火箭,迫切需要采取对火箭改动最小,风险和装备成本最小的控制措施,显著减小火箭落区面积,规避重要基础设施,减小对落区社会生活的影响。以某运载火箭助推器为例,在考虑现有火箭的运载能力、载荷与力学环境、结构气动外形及内部空间的基础上,提出了一种基于大型翼伞可控回收的箭体结构与分离方案设计构思,主要包括大型翼伞分离方案设计、助推器头锥结构改进设计及助推器头锥内伞系统结构集成化设计等。该技术的开展有效减少了箭体结构分离过程的分离能源,简化了结构方案,降低了结构质量,为长征系列运载火箭可控回收工作奠定了基础。     

基于弹性力学的枪弹拔弹力的理论计算

拔弹力是枪弹的主要性能指标之一,为了准确掌握枪弹拔弹力的数值,在弹性力学基本假设的基础上进行枪弹拔弹力的理论计算。对枪弹弹头与弹壳的结合处建立3种模型,根据拉梅(Lame)公式分别得到了3种模型的径向和环向应力,并结合3种模型在界面处的边界条件以及广义胡克定律得到结合压力与过盈量的关系,最后,根据压力与摩擦力的关系得到了拔弹力。计算结果表明：采用拔弹力公式计算得到的拔弹力与实验值比较,误差为8.9%,小于工程允许误差15%,证明该公式能够较为准确地计算枪弹拔弹力。     

飞机壁板结构击穿的数值模拟

为了分析飞机壁板结构受到常规弹道速度(500～1000m/s)下地面火炮攻击时的动态响应和形成的损伤,应用大型动态非线性有限元分析软件MSC.Dytran建立刚性弹体高速垂直撞击侵彻方形薄靶板的三维模型,采用Johnson-Cook应变率相关材料本构模型,模拟在不同的射弹碰撞速度下薄靶板的侵彻击穿过程,讨论了带加强筋薄靶板和具有初始应力的薄靶板的破坏、损伤情况。模拟结果表明,加强筋可以在一定程度上抑制靶板结构的破坏和损伤,处于承载状态下的薄板被射弹击穿后会造成更大的破坏,使承载能力迅速下降。     

矩阵极小范数最小二乘法在拟合二次曲面中的应用

应用矩阵形式最小二乘法进行方程未知参数的求解,根据相关采样点所反映的导弹升力系数与导弹攻角及马赫数间的函数关系,拟合某型导弹气动力参数曲面。最后使用Matlab软件编制M函数,得到结果并给出曲面。     

悬垂弹射自适应底座附加载荷变化机理研究

自适应底座的附加载荷是悬垂弹射系统的重要设计参数之一。为研究自适应底座在悬垂弹射时附加载荷的产生与变化机理,建立了自适应底座附加载荷的数学模型,推导附加载荷的微分与积分表达式,获得影响附加载荷的主要因素：底座的内压强、上端面的水平投影面积、触地区域的水平投影面积。通过数值模型对附加载荷理论公式进行了验证,解析解与数值解吻合较好,相对误差最大不超过1.9%. 依据附加载荷积分公式,研究积分区域与附加载荷表现形式之间的关系,结果表明：附加载荷的方向与积分区域类型存在对应关系,可能出现局部作用方向相反的情况。当地基下沉量不大或出现局部剪切破坏时,附加载荷有可能不变;而地基下沉量较大时,附加载荷的幅值和方向可能均会变化。自适应底座的附加载荷是悬垂弹射系统的重要设计参数之一。为研究自适应底座在悬垂弹射时附加载荷的产生与变化机理,建立了自适应底座附加载荷的数学模型,推导附加载荷的微分与积分表达式,获得影响附加载荷的主要因素：底座的内压强、上端面的水平投影面积、触地区域的水平投影面积。通过数值模型对附加载荷理论公式进行了验证,解析解与数值解吻合较好,相对误差最大不超过1.9%. 依据附加载荷积分公式,研究积分区域与附加载荷表现形式之间的关系,结果表明：附加载荷的方向与积分区域类型存在对应关系,可能出现局部作用方向相反的情况。当地基下沉量不大或出现局部剪切破坏时,附加载荷有可能不变;而地基下沉量较大时,附加载荷的幅值和方向可能均会变化。     

空地导弹对机场跑道毁伤效果评估

针对相同速度下不同着角对于侵彻爆炸坑半径的影响,分析空地导弹着角与机场跑道毁伤弹坑半径之间的关系。对空地导弹侵彻段深度及爆炸坑半径进行预期,讨论着角对侵彻深度带来的影响,结合经验公式给出着角与爆炸坑之间的计算公式。结果表明：该分析能更好地体现单一影响因素在侵彻段对于毁伤效果的影响,为下一步作战筹划提供参考。     

高超声速升力前体构型设计与数值分析

采用楔形角方法设计生成了一种小型高超声速巡航飞行器升力前体构型,利用带惩罚函数的单纯形法对得到的升力前体进行了优化设计,通过数值模拟方法研究了优化设计后的升力前体气动特性.结果表明:楔形角方法是一种生成高超声速飞行器升力前体的高效方法;升力前体在不同飞行马赫数下上下表面存在压力沟通,将导致前体预压缩面在展向存在横向流动,造成进气道进口流场不均匀;采用在升力体两侧增加侧缘的方法可有效减小前体预压缩面横向流动,提高前体升力.     

基于量纲分析的爆炸冲击波作用后钢化玻璃碎片质量分布规律研究

为研究爆炸冲击波作用于钢化玻璃产生碎片造成的次级毁伤效应,开展了钢化玻璃毁伤效应试验,进行了碎片质量分布统计。通过整理分析试验数据,得到了每发次试验碎片质量在不同飞散距离的试验统计结果。利用量纲分析,推导了碎片质量与飞散距离的无量纲函数关系式。基于该关系式,结合试验统计结果,利用最小二乘法拟合得到了碎片质量与飞散距离的半经验预测公式,并分析了公式的特点,验证了预测公式的合理性。研究结果表明,对于相同厚度的钢化玻璃,在相同破坏模式下其碎片质量分布规律一致,满足相同的分布规律预测公式。     

反舰导弹禁危区划定影响因素分析

针对反舰导弹实弹射击演练扫海区域划定的要求,介绍了禁危区的定义,分析了反舰导弹的典型弹道,从自然环境、发射平台、导弹系统三方面对禁危区划定的影响进行了探讨,并以潜射反舰导弹为例,对导弹出水点的散布区域与潜艇深度的关系进行了仿真。为反舰导弹禁危区的正确划定提供依据。     

高速旋转固体火箭发动机的动态燃速特性研究

通过对试验数据的分析和处理研究了高速旋转对发动机最大推力、最大压强的影响,以及在高速旋转条件下喷管等效喉部面积的减小规律,运用零维内弹道计算模型拟合出了动态燃速随装药燃面相对半径和转速变化的经验公式.计算结果表明,高转速下等效喉部面积大幅度减小,动态燃速经验公式能够定性反映高速旋转引起的推进剂燃速增大效应.