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水声对抗子母弹结构冲击响应研究

作　者: 邦志辉
导　师: 刘荣忠
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 水声子母弹活塞式抛撒跌落入水冲击响应数值模拟
分类号: TJ630
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

针对新型鱼雷对舰、潜艇所构成的巨大威胁,基于水声对抗技术的软杀伤反鱼雷武器应用而生。论文研究的水声对抗子母弹相关结构冲击响应正是基于该应用背景下的新课题。为了预测水声对抗子母弹在冲击作用下的相关结构强度,运用理论分析、数值模拟及相关试验验证等方法对其相关冲击动力学问题进行了研究,深入分析了子母弹相关结构的冲击响应特性。为了预测子母弹分离过程中,母弹舱内压力对抛撒结构强度的可靠性,建立了水声对抗子母弹的活塞式单、双燃烧室内弹道理论模型,并分别计算了舱内的压力。在此基础上,运用有限元方法分析了抛撒结构在燃气压力作用下的冲击响应和强度失效模式,最后针对单燃烧机构的推板和中心杆进行了强度改进设计,通过计算分析,可满足工程可靠性要求。针对水声对抗子母弹在运输、储存、使用等过程中的跌落耐撞性要求,依据弹体跌落测试标准,基于LS-DYNA软件建立了弹体跌落冲击动力学仿真模型。重点分析了以1.5m高度跌落时各部件的冲击响应规律,并考虑到意外跌落的不确定性因素,分析了跌落高度、跌落姿态、缓冲物及跌落地面对子母弹体主要部件的跌落冲击响应的影响,分析结果对母弹弹体的结构优化设计、跌落可靠性评估及包装技术提供参考。为了研究对抗子弹在高速入水阶段的冲击响应和运动规律。本文基于ALE流固耦合算法对六棱柱平头子弹入水进行了数值计算,分析了子弹入水现象、冲击过载分布、速度衰减及不同壳体冲击响应等规律。为了进一步研究子弹头形对其入水冲击的影响,结合附加质量法对常见的尖拱形和半球头弹头入水进行了计算,对比分析了不同头形子弹入水的冲击过载和运动规律,最后定性分析了弹头形状与其入水冲击特性的关系。结果表明：子弹入水初速、姿态、空泡效应及弹形结构等对其冲击响应特性和水中运动规律有着显著的影响。研究成果可对水声对抗子母弹相关结构的优化设计和强度可靠性评估具有参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
图表目录  9-13
1 绪论  13-23
  1.1 课题研究的背景与意义  13-14
  1.2 国内外研究现状及发展前景  14-21
    1.2.1 反鱼雷水声对抗技术和装备发展现状  14-16
    1.2.2 子母弹研究现状及发展趋势  16-18
    1.2.3 跌落冲击问题研究现状  18-19
    1.2.4 结构入水冲击问题研究现状  19-21
  1.3 本文主要研究内容  21-23
2 冲击动力学基本理论及非线性有限元分析法  23-37
  2.1 引言  23
  2.2 冲击动力学问题  23-26
    2.2.1 概述  23-25
    2.2.2 冲击动力学分析方法  25-26
  2.3 冲击动力学非线性有限元法  26-36
    2.3.1 非线性有限元的引入  26-29
    2.3.2 非线性冲击动力响应有限元算法  29-35
    2.3.3 显式中心差分法求解  35-36
  2.4 本章小结  36-37
3 子母弹抛撤过程结构冲击响应分析  37-55
  3.0 引言  37
  3.1 子母弹抛撒方案及其系统工作原理  37-39
  3.2 抛撒内弹道数学模型  39-45
    3.2.1 基本假设  39
    3.2.2 内弹道基本方程  39-42
    3.2.3 模型计算分析与试验验证  42-45
  3.3 抛撒结构强度仿真分析  45-54
    3.3.1 抛撒结构有限元计算模型的建立  46-47
    3.3.2 数值计算结果与分析  47-51
    3.3.3 结构改进设计与计算分析  51-54
  3.4 本章小结  54-55
4 水声对抗子母弹跌落冲击响应分析  55-71
  4.1 引言  55
  4.2 基于ANSYS/LS-DYNA跌落数值仿真概述  55-57
    4.2.1 数值模拟产品跌落冲击问题的特点  55-56
    4.2.2 ANSYS/LS-DYNA跌落碰撞接触算法  56-57
  4.3 弹体跌落冲击仿真模型的建立  57-60
    4.3.1 弹体自由跌落测试基本要求  57-58
    4.3.2 建模的基本原则  58
    4.3.3 弹体跌落有限元模型  58-60
  4.4 仿真计算结果与分析  60-62
  4.5 影响弹体跌落冲击响应因素分析  62-69
    4.5.1 跌落高度对弹体冲击响应的影响  62-64
    4.5.2 跌落姿态对弹体冲击响应的影响  64-66
    4.5.3 缓冲物对弹体跌落冲击响应的影响  66-68
    4.5.4 跌落地面对弹体的冲击响应的影响  68-69
  4.6 本章小结  69-71
5 水声对抗子弹入水冲击响应特性研究  71-95
  5.1 引言  71
  5.2 流固耦合算法简述  71-77
    5.2.1 ALE算法特点  72-73
    5.2.2 ALE算法理论基础  73-76
    5.2.3 ALE耦合处理方法  76-77
  5.3 子弹入水冲击数值计算模型的建立  77-81
    5.3.1 问题描述  77-78
    5.3.2 材料模型及状态方程  78-79
    5.3.3 子弹入水有限元模型  79-80
    5.3.4 仿真计算试验验证  80-81
  5.4 数值计算结果与分析  81-87
    5.4.1 子弹垂直入水现象及稳定性分析  81-83
    5.4.2 子弹入水条件分析  83-86
    5.4.3 子弹壳体冲击响应分析  86-87
  5.5 不同头形子弹垂直入水冲击特性分析  87-93
    5.5.1 物理模型  87-89
    5.5.2 ALE法有限元模型  89-90
    5.5.3 计算结果与分析  90-93
  5.6 本章小结  93-95
6 结论与展望  95-98
  6.1 本文结论  95-96
  6.2 工作展望  96-98
致谢  98-99
参考文献  99-104
附录  104

水声对抗子母弹结构冲击响应研究

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