弹丸与身管耦合振动问题的迭代解法

为实现弹丸与身管耦合振动模型的快速准确数值计算,提出了弹丸与身管耦合振动问题的迭代求解方法。在分析弹丸与身管耦合振动动力学特性基础上,通过将弹丸在身管内运动时间离散化,实现了耦合振动连续过程离散化。基于微分方程理论,利用迭代计算方法对弹丸在身管内运动时对身管上各个点引起的耦合振动进行求解,进而求解出弹丸连续移动时对身管引起的耦合振动。在考虑弹丸惯性效应和梁的曲率变化条件下,构建了迭代解法的程式化流程,使得该方法更加易于实现数值计算。利用该方法对弹丸与身管耦合振动模型进行数值求解,结果表明该解法能快速有效地实现对弹丸与身管耦合振动问题的求解。     

柔性旋转火箭发射时的弹-管间隙效应

本文研究了弹-管间隙存在的情况下柔性飞行器的发射动力学特性。提出了描述弹-管间隙效应的物理模型。根据横向弹。管相对位移确定火箭在发射中的运动和约束状况，通过变接触刚度模拟弹-管间的耦合反力和间隙作用。数值计算火箭瞬态动力学响应，分析了弹-管间隙对火箭运动姿态的影响。     

基于ALE算法的膛炸数值模拟

为了调查某坦克炮发射破甲弹时导致膛炸事故发生的可能原因,就引信提前解除保险引发战斗部装药的爆炸情况进行研究,采用流固耦合方法对身管膛炸的力学特性进行数值模拟,计算身管断裂时的应力变化。首先,利用Solidworks建立身管、弹丸壳体、战斗部装药以及空气域的模型,并利用Hypermesh进行有限元网格划分。然后,在LS-DYNA计算平台中采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,求解炸药与身管之间的流固耦合问题,成功模拟了引信提前解除保险引发战斗部装药爆炸时对身管的破坏作用,基本复现了身管的断裂情况。计算结果表明：炸药瞬间引爆在身管内壁造成的压力可达29 GPa;并且身管内壁压力的变化规律呈骤升骤降趋势,这与炸药爆炸产生的爆炸冲击波能量的变化规律密切相关。此外,膛炸发生时,产生的碎片较为均匀,身管两侧断裂情况与实际情况较为符合,可为进一步研究引信提前解除保险引发战斗部装药的爆炸对身管的破坏效应等提供参考。     

螺栓法兰连接结构的拉压不同刚度动力学模型

由于螺栓法兰连接结构轴向拉压刚度不同,针对这一特性引入拉压刚度不同的双线性弹簧单元,提出两自由度拉压不同动力学机理模型,使用区域法进行了动力学响应的解析推导;同时开发了自适应递归过零检查算法对模型的冲击响应进行数值计算.理论分析与数值模拟结果均表明,拉压不同刚度动力学模型在横向冲击荷载作用下产生横纵耦合振动响应,且输出...     

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。     

某自行高炮动力学分析

结合某自行高炮的工程实践，对自行高炮的射击过程进行了动力学分析与研究。把自动机与全炮动态耦合为一体，尝试建立了新的力学模型；同时考虑身管弹性变形，建立了火炮发射时的多刚体动力学模型。运用Kane-Huston方法推导了高炮射击时的运动微分方程组，对高炮模型进行了动力学仿真计算与分析，获得了全炮的动态响应。     

空投货台摆荡阶段流体-固体耦合建模分析

为获得空投货台摆荡阶段的精确动力学响应,考虑货台大幅度摆荡对空气产生的非定常效应,基于平衡点法构建了空投吊挂系统多体动力学模型,并采用基于ALE格式的有限体积法建立了空气流场模型,在此基础上推导建立了非定常流动作用下的货台-空气流体-固体耦合分析模型。通过数值算例研究:验证了该多体动力学模型的鲁棒性和正确性;明确了层流非定常模型能较好地描述流体对平板的作用力,可用于空投货台摆荡阶段的流场分析;对比指出通过流体-固体耦合分析得到的非定常流动气动力显示出震荡特性,而定常流动假设模型会给货台带来类似粘滞阻尼的特性,其减速效果要比非定常流动模型强烈。     

刚柔耦合模型在机枪发射动力学仿真中的应用

应用柔性多体动力学理论和ADAMS软件,以机枪为研究对象,把枪身以及自动机作为刚体,把对膛口响应影响较大的枪架和身管作为柔性体,进行连发射击的仿真计算。通过仿真,证明考虑柔体效应的刚柔耦合多体动力学模型,比刚体模型更贴近实际机枪发射的情况,而且克服了用有限元法求解膛口动态响应时无法考虑自动机在机匣中的相对移动对动态响应的影响,进一步提高了仿真精确度。     

大口径火炮膛线结构对滑动弹带弹丸膛内运动影响的数值分析

以大口径身管火炮发射减旋滑动弹带制导弹药时弹丸-身管耦合系统为研究对象,基于弹塑性有限元理论,建立某大口径火炮线膛身管与制导炮弹耦合动力学有限元模型。数值计算了渐速膛线、等齐膛线、混合膛线（渐速膛线+等齐膛线）3种不同膛线形式和深、浅两种膛线深度条件下,制导炮弹在挤进阶段和膛内运动过程中的弹炮应力、挤进阻力以及弹炮动力学响应,获得了大口径火炮膛线结构对滑动弹带制导弹丸膛内运动的影响关系,为弹炮一体化设计提供了理论参考。     

基于接触模型的弹炮耦合问题研究

建立了基于接触理论的弹丸与身管耦合的动力学模型。模型中将身管离散为有限个刚性段,每两段质心间用一个无质量的梁连接,根据Timoshenko梁理论确定质心闾的力和力矩,考虑弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩,膛线对弹带的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算,结果表明该动力学模型较真实地反映了弹丸膛内运动的规律,利用该模型可进一步研究弹丸与全炮发射过程的耦合问题。     

某大口径机枪枪管的瞬态热弹耦合动力响应分析

以某大口径机枪枪管为研究对象,建立了枪管的热弹耦合模型,使用与温度相关的材料模型,计算了枪管在高频循环动态热脉冲和动态压力脉冲共同作用下的瞬态温度响应和瞬态应力响应,分析了热脉冲与压力脉冲的耦合效应,并对拟静态计算法和动态全耦合计算法进行了比较.研究表明:热脉冲与膛压脉冲的动力响应具有表面效应,枪管内膛表面承受脉冲冲击最强,动力效应最大,动力效应沿径向向外迅速衰减;热脉冲与膛压脉冲在内膛表面耦合效应十分明显,采用动态全耦合方法进行计算更加准确.     

钛合金轻质枪管热-结构耦合分析

为分析高温高压火药气体对钛合金枪管热性能的影响,以某型小口径钛合金轻质枪管为研究对象,建立基于ANSYS平台的枪管热-结构耦合分析模型。采用直接耦合方法,利用ANSYS参数化设计语言（APDL）编程计算枪管在高频动态热脉冲和动态压力循环作用下的温度场和瞬态应力响应,并对计算结果进行实验验证。研究结果表明：热脉冲和压力脉冲的耦合作用显著;钛合金的材料性能能满足枪管的设计要求。     

某小口径枪械内弹道时期枪管的动态响应研究

为了研究内弹道时期枪管的动态响应规律,基于3D-DIC数据采集系统得到了内弹道时期枪管的动态响应,建立了随动边界条件下枪管热弹耦合模型和枪管振动有限元模型,并将有限元模型计算结果与协同仿真模型结合,采用随机理论模拟100 m立靶的弹丸落点。有限元结果得到了试验的验证。研究表明:随动边界会导致枪管的应力响应沿着轴线方向存在极大的不均匀性,并且热载荷的作用会提高枪管内壁的应力响应峰值,内弹道时期枪口振动响应大致可以分为下垂—回弹—下垂3个部分,利用简化后协同仿真模型能较好地预测小口径武器单发射弹散布。     

太阳辐射下狙击枪枪管附近流场及其热变形分析

为了预测太阳辐射下狙击枪枪管的变形程度,以某型狙击步枪为基础,在CFX与ANSYS中建立了空气与枪管的瞬态热流固耦合计算模型,求解枪管与外界的对流换热系数。计算得到3 h内枪管附近对流换热流场情况、枪管温度场变化以及最终枪管变形程度,分析枪管周围流动换热结果和枪管热变形结果,显示太阳辐射作用下枪管周围会产生显著热对流效应,热气流上升最终产生复杂的大气湍流运动影响了枪管周围的对流换热,对流换热系数明显不是定值。分析结果表明：辐射导致的温差与自重耦合作用下枪口弯曲角可达约0.3 mil,将对狙击步枪的射击精度产生明显影响。该研究为该类狙击步枪枪管受太阳辐射导致的热变形提供数值预测方法。     

火炮身管阳线损伤机理分析

某大口径火炮实弹射击中,身管阳线起始段出现双侧棱边断裂损伤,为揭示阳线损伤故障原因,进而采取措施避免损伤复发,基于动态非线性有限元方法,建立了弹丸身管耦合系统非线性有限元分析模型,综合考虑了弹丸装填不到位、初始装填角、非均匀摩擦、弹炮间隙多因素对弹丸身管耦合系统动力响应的影响。在此基础上,研究了弹丸装填不到位造成的冲击加载对身管材料动态性能的效应。结果表明,弹丸挤进过程在阳线起始段引起的等效应力已接近身管材料动态屈服极限,同时,弹丸装填不到位使弹带与身管撞击力提高约3.7倍、身管材料动态断裂韧性降低35.6%,最终导致阳线起始段局部双侧棱边的断裂损伤。验证试验复现了阳线损伤现象,确认了阳线损伤机理理论分析的正确性。     

一种新型水下爆炸冲击等效加载实验方法

针对传统水下爆炸冲击响应实验研究中存在的问题,提出了一种实验室仿真水下爆炸冲击的等效加载方法,通过飞片撞击的方式来获得水下爆炸冲击等效载荷.同时建立了等效理论模型与流固耦合数值仿真来进行对比分析.结果表明,数值仿真结果与理论分析结果吻合较好,通过调节飞片的撞击速度与撞击比质量可以获得不同水下爆炸冲击所需要的等效载荷,进而为鱼雷爆炸对典型舰船结构的冲击响应研究提供一种新的思路.     

某自动榴弹发射器刚柔耦合发射动力学仿真

为研究某自动榴弹发射器射击时的动态特性,将弹链和枪架腿杆考虑为柔性体,运用ADAMS和ANSYS软件建立了该榴弹发射器的刚柔耦合动力学模型,确定了膛底压力、导气装置的气室压力、抽壳阻力、弹簧作用力等载荷参数,并验证了模型的可信度.在此基础上,研究了弹丸、枪管、自动机、复进簧和供弹机构等部件的动力学特性;分析了射角和自动方式对自动机运动特性的影响.仿真结果表明,该榴弹发射器结构设计合理,身管短后坐-导气式的混合式自动方式能够保证自动机在不同射角下完成各项动作,供弹机构工作可靠.