炮射云爆战斗部的抛射时间数值计算与仿真

确定炮射云爆战斗部的抛射时间是完成炮射云爆弹研究的重要环节.文中用ANASYS仿真软件对母弹入地的姿态、受力情况以及战斗部抛射的三个阶段(母弹触地引信点燃、弹尾螺纹被剪子弹开始运动和子弹运动瞬间到抛射药燃完)进行了仿真分析.在此基础上,利用工程计算软件Matlab在相关假设的基础上对抛射过程进行了数值计算,得到了抛射时间与抛射力以及抛射瞬时速度的关系,通过分析计算获得了某型炮射云爆战斗部的抛射时间,验证了该抛射时间的合理性.     

水下炮内弹道分析与数值仿真

为提高火炮在水下发射的初速,水下炮炮口设有挡水板,发射时挡水板改变了膛内弹丸的受力状况。通过水下炮发射时弹丸膛内的受力分析,考虑射弹前方压缩空气形成的激波压力,结合经典内弹道理论,建立了水下炮内弹道模型。以某口径水下炮发射为例进行了数值仿真,得到水下炮的膛压和速度曲线,与传统火炮对比,变化趋势基本一致,但膛压略有增大,初速有所减小;仿真还得到水下炮弹前激波压力曲线,仿真结果与实验结果吻合。     

多级重接炮的数值仿真与优化物理设计

重接炮是一种利用磁力线重接来推动发射体的电磁炮,发射体受力正比于电感梯度与回路电流平方的乘积。基于重接式电磁发射电路方程和运动方程,并结合发射装置的实测参数,建立了发射体运动过程的数值仿真模型。针对多级发射中由于发射体速度过快而造成加速不充分和发射效率下降的问题,提出了多级发射的优化物理设计原则,该原则按照发射体速度确定各级回路电流的振荡周期,继而确定各级电容器组的电容值和初始电压值,配合使用触发真空开关( TVS)作闭合开关,利用其特有熄弧性能,可以显著提高发射体逮度和发射效率。     

电磁轨道炮热生成机理及温度场数值仿真

在电磁轨道炮的发射过程中将产生大量热量,这些热量引起的温度突变是导致材料失效的重要因素.为了获得U型电枢温度场的变化规律,基于轨道炮的工作原理分析了其热生成机理;并通过将理论计算和有限元仿真相结合的方法,研究了电枢的温度变化;最后根据发射后轨道表面的观测结果,对仿真进行了试验验证.结果表明:电枢的温升主要取决于电流的大小,而摩擦热对温升的影响较小;U型电枢中拐角部分的温升比较明显,而最高温度出现在电枢的两侧与轨道接触区域.该数值仿真为轨道炮的材料技术研究提供了参考和指导.     

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。     

二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真

根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室里火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室里的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合,从而建立起二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型;以某30 mm／120 mm轻气炮为基本计算模型,运用四阶Runge-Kutta法求解药室方程,运用二阶MacCormack格式求解轻气室方程,通过两部分的交替计算,实现二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。     

炮钢材料动态本构模型及其验证

在温度88~573 K和应变率0.001~2 000 s^-1的条件下,通过温度与应变率耦合的静态和动态分离式Hopkinson压杆实验,并以初步获得的炮钢材料动态本构模型基本参数为基础,通过进一步的优化及Taylor杆冲击实验,验证并最终确认了炮钢材料动态本构模型参数,模型预测与实验结果相对误差小于5%. 验证结果表明,建立的炮钢材料动态本构模型能真实地反映其动态响应。     

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题,建立了运动坐标下的磁扩散公式,该公式基于准稳态麦克斯韦方程组,用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题,可以消除高速情况下的数值不稳定,减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范,保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例,用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解,得到了轨道炮中电流密度的分布,以及电流和电枢速度的变化过程。     

车载炮发射动力学仿真与试验方法研究

车载炮在不同工况条件下发射时,由于其自身结构中各零部件间的弹性和接触土壤的弹塑性作用,在主动力等的作用驱动下,产生十分复杂的运动变化,从而影响车载炮的射击稳定性.通过分析车载炮的拓扑结构,在一定假设的基础上,利用速度矩阵法建立了动力学仿真模型.运用该方法对车载炮发射时车体俯仰角、车体纵摇角、座钣跳高、座钣侧移等相关仿真数据和图表进行分析并进行了试验验证,结果表明模型是可行和准确的.该动力学仿真可为车载炮总体设计和试验方法改进提供参考.     

某突击炮炮口流场数值模拟研究

为研究突击炮发射时对炮口周边远、近场响应的影响,进行了某突击炮炮口流场数值模拟与分析。针对突击炮发射穿甲弹的高初速、高炮口压力特点,采用可压气体黏性流动的Navier-Stokes方程,建立炮口流场模型,采用Spalart-Allmaras湍流模型,应用Roe-FDS格式,结合动网格技术,在内弹道参数求解的基础上,进行突击炮炮口流场数值模拟。数值模拟结果得到了突击炮炮口冲击波超压分布与扩展特性,及炮口流场温度分布情况。炮口冲击波在远场的传播主要呈现衰减趋势; 在近炮口区域,受到膛内喷出射流的能量补充及强烈的相互作用,形成超压值较高的近场特性。研究结果对揭示突击炮炮口流场特性,预测炮口冲击波对装备与作战人员的危害具有参考价值。     

七孔变燃速发射药燃烧性能的数值计算

为模拟七孔变燃速发射药的燃烧性能,建立了七孔变燃速发射药的燃烧模型。在几何燃烧定律的基础上推导出燃气生成猛度Γ和已燃发射药百分数Ψ的函数关系。通过编程计算得到Γ-Ψ曲线。分析了燃速比、速燃层内孔径、长径比和缓燃层厚度与燃速层厚度之比对七孔变燃速发射药燃烧渐增性的影响。结果表明:速燃层和缓燃层的燃速比为1.5~2.5,长径比为2~3,缓燃层厚度与速燃层厚度之比为0.1~0.22,速燃层内孔径为0.2~0.3mm的七孔变燃速发射药有较好的燃烧渐增性。     

钣金零件材料参数设计与优化的数值模拟

钣金零件材料参数在零件拉深成形中起着十分重要的作用,不同的材料参数将会对成形结果造成较大影响;借助ETA／Dynaform软件,模拟某槽形零件在不同材料参数情况下进行拉深的全过程,通过分析比较模拟结果,得出了各种性能参数对成形质量的影响,最后结合正交实验法,得到对成形质量最好的材料性能参数。     

枪管强度的理论计算与数值计算的误差分析

针对现有文献对枪管强度计算的误差分析缺乏研究的问题,笔者将给出枪管强度计算的误差来源及提高求解精度的方法。笔者基于Abaqus软件对某枪管强度进行数值计算,并采用最大线应变准则、最大切应力准则和第四强度理论进行计算,将理论计算结果与仿真结果进行对比,并给出了离散误差和数值误差对计算结果的影响。仿真结果表明：采用第四强度理论作为枪管设计和校核的理论依据较为合理,采用C3D8I单元类型计算结果比C3D8R单元类型计算结果更加逼近第四强度理论计算结果。     

基于正交试验的汽车覆盖件冲压成形分析

将汽车覆盖件有限元冲压仿真与正交试验设计结合,综合分析了冲压速度、摩擦系数、模具间隙、压边力等4个因素对汽车覆盖件冲压成形质量的影响,并确定最佳的冲压工艺参数组合;以汽车翼子板为研究对象,利用DY-NAFORM软件建立了翼子板冲压成形的有限元模型,并进行拉延数值模拟;运用正交试验方法进行成形分析的设计,通过对仿真数据进行分析,找到了最优的工艺参数组合。     

四孔长方体发射药的形状函数计算及燃烧性能

为研究四孔长方体发射药的燃烧性能,根据四孔长方体发射药的结构特征,建立四孔长方体发射药的燃烧物理模型,通过Maple软件得到其Ψ-Ζ、Γ-Ψ曲线。对比分析了相同弧厚及长宽比时,圆柱七孔发射药、圆柱单孔发射药与四孔长方体发射药的理论燃烧性能,同时研究了不同内外弧厚、长宽比及内孔径大小的四孔长方体发射药燃烧性能,并对其中的一种情况进行了实验验证。结果表明当长宽比大于1.5时,四孔长方体发射药具有良好地燃烧渐增性,且优于圆柱单孔发射药,劣于圆柱七孔发射药,但其分裂点相对于圆柱七孔发射药更加靠后;内外弧厚一致、长宽比为1.5～3、孔径为0.10～0.20 mm的四孔长方体发射药,具有相对较好的燃烧性能;实验结果能够较好地与理论分析结果相吻合,但由于发射药内孔位置的偏离以及尺寸一致性差,导致燃烧分裂点相比于理论计算要提前到达,因此可基于理论分析结果优化加工工艺,提高发射药的尺寸一致性及药孔分布的均匀性。     

基于正交试验的火炮上架多工况结构优化设计

为提高某大口径火炮上架刚强度,建立了火炮上架和摇架结构3种典型工况的有限元模型,进行静态刚强度分析,找出原上架结构存在的问题。通过正交试验得到各子工况最优权重系数组合,利用拓扑优化方法,寻求最佳材料分布,重新设计上架立板形状,修改上架筋板布局,并运用尺寸优化方法确定上架主要板件的厚度尺寸。优化结果表明,在结构质量减小的情况下,该上架各工况刚强度均有不同程度的提高,整体结构更加合理,实现了火炮发射载荷的更合理传递。     

轻金属填充材料 PELE 的数值仿真研究

为了研究铝镁等轻金属作为弹芯对横向效应增强型侵彻体（PELE）的影响,采用显式非线性动力分析软件 AU-TODYN 对内装不同轻金属材料弹丸进行侵彻靶板数值模拟,获得了不同弹体对靶板的毁伤效应。结果表明：填充材料硬度越低,PELE 壳体残留越少,锂镁合金适宜作为 PELE 的填充材料。     

RLPG振荡燃烧简化模型及数值模拟

以再生式液体发射药火炮(RLPG)为工程背景,建立了RLPG振荡燃烧简化模型.假设液体发射药喷入燃烧室后形成一定比例的球形液滴和块状液面,且块状液面的燃烧具有一定的随机性.液滴与液面均按指数燃速规律释放能量.数值求解RLPG内弹道方程组,得到的p-t曲线较好地模拟出23 mm RLPG燃烧室和贮液室的压力振荡现象.