不同扰动角速度高速射弹入水弹道特性

为深入了解高速射弹入水运动情况,基于入水弹道学和超空泡流体动力理论,建立了弹体纵向运动的动力学模型,对弹体模型以不同扰动角速度入水的过程进行了弹道仿真,得到了弹体入水轨迹、速度、俯仰角和俯仰角速度的变化规律,并分析扰动角速度对其影响.研究结果表明,随着尾拍次数的增加,弹体尾部浸入水中的深度逐渐增大,尾拍所持续的时间也逐渐增长,尾拍后的俯仰角速度随尾拍次数的增加先变大,然后增幅逐渐减小,或者俯仰角速度随尾拍次数的增加变大后略微减小,扰动角速度越大,相同时间内弹体发生尾拍的次数就越多,尾拍发生的就越早,弹体在空泡腔内运行的时间就越短.     

初始扰动对射弹尾拍运动及弹道特性影响分析

为研究射弹的初始扰动对射弹的尾拍运动、超空泡形态及弹道特性的影响,基于计算流体动力学程序CFX,通过二次开发使用CEL语言将刚体动力学方程嵌入计算模块并实现刚体动力学方程与流体(unsteady reynolds averaged navier-stokes,URANS)方程的耦合求解,建立了超空泡射弹在不同初始扰动下自由减速运动的计算流体动力学模型.在相同的初始速度下,计算并对比分析射弹在不同初始扰动下的空泡形态特征、弹尾压力分布特征及弹道特性.计算结果表明:射弹发生尾拍运动时弹体尾部与空泡壁面发生碰撞,这种碰撞破坏了空泡形态的对称性;初始扰动对射弹的水平速度与位移影响较小,但对垂直位移影响较大;初始扰动越大,射弹的俯仰角、角速度和角加速度的振幅越大且频率越高.     

超空泡射弹尾拍振动特性分析

为了研究超空泡射弹的尾拍振动特性,利用刚一柔耦合动力学方法,得到弹体横向振动的基频和一阶模态;并通过模拟计算,分析了弹体横向振动基频和模态与弹体转速、长细比、材料特性的关系．计算结果表明：弹体频率和模态随转速而变化;弹体的长细比的增加和材料特性的改变,使频率和模态随转速的变化更加显著;当长细比较小或者角速度小于50ra...     

尾翼对高速射弹的空化与阻力特性影响分析

为研究尾翼对高速射弹水下运动时流体动力特性的影响,基于简化Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型,通过求解汽水混合物的RANS方程和相间质量传输方程,建立了具有相同弹体尺寸的有尾翼和无尾翼的两种平头射弹水下高速运动多相流计算模型.在相同的初始速度下,计算并对比分析两种射弹水下高速非定常运动的空泡形态及阻力特性.计算结果表明:两种射弹模型在水下高速运动时,均能迅速形成稳定的自然超空泡,有尾翼射弹的尾翼刺入空泡壁面内,破坏空泡原有的对称圆截面,形成带有凸起的空泡壁面形态;有尾翼射弹阻力系数大于无尾翼射弹阻力系数,且有尾翼射弹的阻力系数对空化数的变化更为敏感,随着空化数的增加,有尾翼射弹的阻力系数急剧增大,尾翼改变了弹体尾部超空泡的溃灭形态,空泡溃灭于弹体尾部时均引起阻力系数的波动;有尾翼射弹的空泡量纲一的长度、直径均大于无尾翼射弹的空泡量纲一的长度、直径,且在空泡溃灭于弹体尾部时,受尾翼的影响,两种射弹的空泡量纲一的长度、直径的变化速率有所差异.     

轴向周期载荷下超空泡射弹的动力稳定性分析

针对超空泡射弹水下高速运动时前端受轴向载荷作用,建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程,将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算,求解出动力不稳定区域边界.分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度等3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响.数值计算表明,当弹体杆径比增大时,射弹动力不稳定区域整体减小且不稳定激发频率增大;而弹体长度或航行速度增大时,射弹动力不稳定区域整体增大且不稳定激发频率减小.     

超空泡射弹异步并联倾斜入水空泡演化与运动特性分析

基于VOF多相流模型与重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联倾斜入水数值方法,利用单发射弹倾斜入水实验对数值方法的有效性进行了验证,在此基础上,分别对不同初始间距及入水顺序下前后两射弹的空泡演化与运动特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明：对于前发射弹,在初始间距为0.5倍弹长时,由于受到后发射弹空泡剧烈挤压,前发射弹无法产生完整空泡包裹弹体,运动受到严重影响并最终失稳;同时,前发射弹自上侧入水与自下侧入水相比,其空泡受到的挤压程度更大,沾湿更早且失稳更快;随着初始间距的增大,前发射弹附近空泡受后发射弹的影响减弱,2种入水顺序下均运动平稳。对于后发射弹,由于前发射弹空泡的持续作用,其空泡始终不对称,运动稳定性受到影响,在间距为0.5倍弹长时向内侧偏转失稳,在间距为1倍弹长时运动平稳,间距为2倍和3倍弹长时向外侧偏转失稳,且2种入水顺序下运动规律基本一致。     

入射条件对射弹入水跳弹行为的影响研究

为研究潜-飞两栖导弹和水下兵器在不同入水初始条件下的跳弹行为,利用ANSYS CFX软件构建数值计算模型,分别以入射角度和入水速度为变量,对细长体射弹的入水跳弹行为进行数值模拟.研究结果表明:射弹的入水跳弹行为可分为撞击阶段、侵水阶段和出水阶段等3个阶段;入水初始速度越大,射弹越容易发生跳弹行为,且发生跳弹的速度越快,而较小的初始速度不足以提供使射弹跳出水的动能;射弹的入射角度越小,其轨迹越易向上发生弯曲,越容易出现跳弹行为.     

弹体出水引起的非稳态流场数值计算方法

针对双渐近法不能用于分析有初始航速结构或大幅运动结构的流固耦合问题的局限性,在二阶双渐近法的基础上,将运动非线性引入双渐近法,采用改进的双渐近法研究弹体出水砰击引起的非稳态流场,给出了不同阶段的流场动态特性以及各个特征时间点流场动压力的空间分布情况.探讨了弹体出水时双峰值的产生机理、弹体局部结构可能会发生的拍振现象以及空泡区随弹体出水时的变化特征.研究表明弹体出水经历非稳态、稳态、非稳态、稳态4个阶段.     

榴弹CAD设计中参数表驱动技术的应用

在榴弹设计中采用MDT三维参数驱动设计方法,能有效提高设计质量.由于驱动参数数量有限,本文对原有弹体设计参数表进行了扩充,使弹体设计在线修改参数增加.经设计实例表明,参数表驱动技术显著地增强了弹体设计系统的应用能力,提高了设计效率.     

不同头型高速射弹垂直入水数值模拟

为研究不同射弹头型对高速射弹垂直入水的流体动力和流场特性的影响,采用有限体积法和VOF(volume of fluid)多相流模型,并引入动网格技术,对5种不同头型的轴对称高速射弹垂直入水过程进行了数值模拟,分析了头型对空泡形态演化过程、射弹流体动力及弹道特性的影响规律.研究结果表明,头型对射弹入水空泡形态、表面闭合时间以及入水阻力、深度、速度均有较大影响.球头与截球头空泡半径小于其余3种头型,表面闭合时刻依平头、球头、锥头、截锥头的顺序递增.射弹头部均承受较大压力,球头、截球头射弹头部压力分布不均使之承受较大的剪切力.射弹头部流线型越好,入水速度衰减越慢,入水深度增加越快.入水阻力系数峰值按平头、截球头、截锥头、锥头、球头的顺序递减.     

循环加卸载下纤维增强泡沫轻质土变形特性

为了研究聚丙烯纤维增强泡沫轻质土的损伤变形特性,选用UNSAT非饱和土三轴仪开展50 kPa围压作用下的循环加卸载试验. 以泊松比、弹性模量提高率及弹塑性变形趋势为参数,分析不同纤维质量分数条件下聚丙烯纤维增强泡沫轻质土的力学特性和变形规律. 研究结果表明：当纤维质量分数达到0.50%~1.00%时,初次弹性模量提高率为56.88%~69.43%,纤维对泡沫轻质土内部初始缺陷的改善作用最佳;纤维增强泡沫轻质土试样的弹性模量提高率随着循环次数的增加呈先增大后减小的趋势,泊松比随着循环次数的增加而增大,在经历最初的2、3次循环荷载作用后趋于稳定直至试样破坏;随着循环次数的增加,纤维增强泡沫轻质土的轴向弹性应变与总应变之比逐渐降低,试样内部损伤变形逐渐累积.     

混凝土单轴动态抗拉特性的试验研究

在应用过程中,混凝土结构肯定要受到动态荷载的作用,而混凝土材料的动态力学特性与静态情况下有非常大的区别.为了考察动态荷载作用下混凝土的抗拉特性,本文应用MTS试验机,对C40混凝土在应变速率为10-5/s～10-2/s范围内进行单轴动态拉伸试验,系统研究了不同应变速率下混凝土的抗拉强度、弹性模量、峰值应变等抗拉力学特性,并分析了应变速率对混凝土抗拉强度、弹性模量等的影响规律.试验结果表明:混凝土抗拉强度、弹性模量会随应变速率的增加而增加,泊松比离散性比较大,规律不明显,动态受拉应力应变曲线与静态相似.这些成果可以为混凝土的结构设计提供技术参数.     

电磁炮发射轨道受指数函数磁压力的变形计算

为解决电磁炮发射轨道受力变形的精确计算,以利于延长导轨的使用寿命并提高发射精度,将某型电磁炮的发射轨道模拟为移动载荷作用下弹性基础上的简支梁,采用欧拉梁理论建立梁的力学模型,推导出受任意指数函数磁压力控制方程的解析解,改变了长期以来利用均布压力近似代替变力求解问题所造成的误差;运用MATLAB软件对弹性基础的弹性系数、阻尼系数、轨道质量和载荷的出口速度对梁变形的影响进行了数值分析.结果表明,弹性基础的弹性系数、移动载荷的出口速度对梁变形的影响比较显著,阻尼系数、轨道质量的大小对梁变形没有明显的影响.为求解电磁炮发射轨道受任意函数的磁压力作用时的变形以及推动电磁炮的实用化奠定了理论基础.     

飞机在航母飞行甲板上着舰时的冲击轮载

据飞机在刚性地面降落的冲击轮载资料，计及航母在波浪中的运动及阻拦索的减速作用，利用动力学基本原理，考察航母在规则波中航时飞机着舰时的冲击轮载，计算结果表明，航母的运动对飞机冲击轮载的影响是明显的。     

变速移动荷载作用下弹性地基梁的动态反应

目的为确定移动荷载的速度、加速度以及地基刚度等参数对梁动态挠度和弯矩的影响.方法利用Fourier积分变换法,推导在变速移动荷载作用下,弹性地基上无限长梁动态挠度和弯矩解析表达式.结果在给定移动荷载速度的情况下,梁的挠度随荷载移动加速度的增大而减小,当加速度为正时减小的幅度大,加速度为负时减小的幅度小;梁的弯矩与梁的挠度一样随移动的加速度增大而减小.在给定荷载移动的加速度的情况下,梁的弯矩随荷载移动的速度增大而增大.结论梁的动态挠度和弯矩随着车辆荷载移动速度和加速度的变化而变化.     

不同头型运动体高速入水空泡数值模拟

运动体头型对其入水流场的流动分布、流体动力及入水弹道均有较大的影响。针对此问题基于有限体积法离散、求解雷诺平均的Navier?Stokes方程,考虑空化效应,并引入动网格技术,对带有不同角度锥头圆柱体的高速入水问题开展数值模拟研究,得到不同头型条件下高速入水运动参数及空泡形态发展规律、流场的压力分布及速度分布规律,分析了头型对入水空泡流场的影响。研究结果表明,空泡半径的扩张规律受头型及其阻力系数的影响,半径大小与阻力系数近似满足一定的关系式;入水初期,运动体头部受到极强的冲击载荷,锥角越大,压力峰值也越高;锥体表面压力系数与锥角大小直接相关,锥角较大时压力系数也较大。同时,锥角大小对运动体肩部排开水的速度也有较大影响,运动体在相同速度下,锥角较大时,肩部排开水的速度也较大。     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

移动荷载下加筋道路系统的动力响应

将加筋道路的面层简化为弹性梁，加筋地基作为横观各向同性体，同时考虑了下卧土层孔隙水的影响，用半解析法对在匀速移动条形线荷载作用下的加筋道路体系的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发，对荷载进行Fourier级数展开，假设了响应函数的级数形式，结合边界条件，由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的加筋道路在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.求解过程中考虑了面层和加筋地基之间的相互作用，并假设两者在接触面处竖向位移相等.通过计算，分析了加筋率、筋材模量、荷载移动速度等对路面竖向位移的影响.数值分析结果表明，当加筋率在0.010～0.022时，对加筋效果的影响较大；加筋道路路面竖向位移随着荷载移动速度的增大而增大，达到峰值后迅速减小.     

土体参数对地表沉降影响的数值模拟分析

以苏州东方之门基坑工程为背景,借助FLAC程序,采用土工参数初始值,对深基坑的开挖降水所引起的坑外地表沉降,进行了数值计算。通过单因素影响分析,讨论了土体的弹性模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数以及剪胀角对坑外地表沉降的影响。研究表明,土体的弹性模量以及粘聚力对地表沉降的影响最为显著,土体剪胀角和渗透系数的影响最小。