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大型水面舰艇舷侧板架结构穿甲过程数值计算研究

作　者: 黄涛
导　师: 吴卫国
学　校: 武汉理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 反舰导弹穿甲板架结构数值计算
分类号: U674.70
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 134次
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内容摘要

大型水面舰艇舷侧作为防御反舰导弹等武器的主要屏障,对大型水面舰艇的生命力起着重要的作用。而舷侧板架结构作为舰艇的第一道防护结构对限制半穿甲战斗部的深入起到重要作用。由于要保证舰艇其它方面的性能,所以舰艇不能像陆地坦克那样装上厚重的装甲。为了使得舰艇舷侧板架结构在质量一定的情况下最大限度地降低导弹的剩余速度以达到保护其内部结构的目的,合理的安排板、梁质量以及梁间距可以成为一种好的防护方式。因此对板架结构的穿甲过程进行研究具有重要的意义。本文首先开展了薄板的穿甲数值计算研究,并将数值计算结果与文献实验结果进行对比,验证了运用有限元程序AUTODYN数值模拟弹体穿甲过程的可靠性。对不同入射角不同初始速度下截锥形弹体穿甲薄板进行了数值模拟,分析了截锥形弹体不同入射角度冲击下薄板的主要破坏模式,以及入射角度对靶板吸能和弹体剩余速度的影响。提出了梨形孔的破坏模式和弹体在靶板上滑移、回弹的概念。并将不同入射角度不同初始速度下的弹体剩余速度拟合成曲线,得到弹道极限速度和剩余速度公式。弹体正穿甲和斜穿甲后的剩余速度相差不大。针对截锥形弹体斜穿甲薄板的破坏模式,结合已有的理论成果,提出了一种斜穿甲的花瓣型破坏模式,并以能量守恒原理为基础推导了扩孔耗能公式、剩余速度公式和弹道极限速度公式。通过对比分析不同入射角度不同初始速度的剩余速度,数值计算结果和公式计算结果比较吻合。依据水面舰艇典型的舷侧板架结构,设计了不同板厚、不同加筋的32种板架结构形式。并根据世界上先进的反舰武器的基本参数设计了弹体模型。针对四种典型的撞击位置进行了穿甲过程的数值模拟,数值计算结果表明加筋的存在提高了靶板的整体刚度,同时也改变了靶板的破坏模式。不同撞击位置,横筋的大小、纵筋的大小及间距对板架结构的吸能影响不一样。横筋的大小仅对撞击点在纵筋与横筋交汇处、仅横筋处时对靶板吸能效果有影响,且板体厚度越小时影响越大。总体而言纵筋间距和大小的改变对板架结构形式的吸能效果影响不大。而对同质量不同大小和不同布置纵筋的板架结构当撞击点在横筋和纵筋交汇处和仅纵筋处时纵筋大且间距大的板架结构比纵筋小且间距小的板架结构吸能效果更好,在板体厚度较小时更明显。撞击点在仅横筋处时同质量的纵筋不同布置的结构形式对靶板的吸能效果影响不大。板体厚度越厚靶板的吸能效果愈好,当板架结构形式的板体厚度到一定程度时,再增加板体厚度的效果没有板体厚度较小时提高的多,相应吸收能量的增幅会下降。不论撞击位置在何处,穿透靶板的弹体初始速度与剩余速度基本呈线性关系,且剩余速度相差不大。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-26
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 穿甲研究概述  12-17
    1.2.1 穿甲实验研究概述  12-14
    1.2.2 穿甲理论研究概述  14-16
    1.2.3 穿甲数值仿真概述  16-17
  1.3 弹体概述  17-20
  1.4 靶体概述  20-23
    1.4.1 靶体研究的几种假定  20
    1.4.2 靶体的分类  20-21
    1.4.3 靶体的破坏形式  21-23
    1.4.4 靶板的基本形式  23
  1.5 穿甲过程数值仿真的材料性能概述  23-25
  1.6 本文研究的主要内容  25-26
第2章穿甲过程的动力控制方程及数值计算方法  26-36
  2.1 引言  26
  2.2 穿甲过程的动力控制方程  26-28
  2.3 有限元法  28-29
  2.4 动力有限元的关键技术  29-34
    2.4.1 高斯积分和沙漏控制  29-30
    2.4.2 人工体积粘性控制  30-31
    2.4.3 时间积分和时间步长控制  31-32
    2.4.4 接触—碰撞界面算法  32-33
    2.4.5 侵蚀法  33-34
  2.5 AUTODYN简介  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章薄靶板穿甲的数值计算研究  36-69
  3.1 引言  36
  3.2 薄靶板在弹体撞击下的基本特点  36-37
  3.3 不同形状弹体撞击薄靶板概述  37-39
    3.3.1 尖头弹体撞击薄靶板  37-38
    3.3.2 钝头弹体撞击薄靶板  38-39
    3.3.3 截锥形弹体撞击薄靶板  39
  3.4 截锥形弹体正穿甲薄靶板数值计算研究  39-48
    3.4.1 截锥形弹体正撞击薄靶板的实验  39-40
    3.4.2 截锥形弹体正撞击薄靶板的数值仿真  40-48
    3.4.3 实验结果与数值计算结果对比分析  48
  3.5 截锥形弹体斜穿甲薄靶板数值计算研究  48-67
    3.5.1 入射角为15°的斜穿甲模拟  49-53
    3.5.2 入射角为30°的斜穿甲模拟  53-56
    3.5.3 入射角为45°的斜穿甲模拟  56-60
    3.5.4 入射角为60°的斜穿甲模拟  60-64
    3.5.5 数值计算结果与实验结果对比研究  64-66
    3.5.6 截锥形弹体斜穿甲薄靶板的破坏机理分析  66-67
  3.6 本章小节  67-69
第4章薄板穿甲过程机理研究  69-79
  4.1 引言  69
  4.2 薄板穿甲公式概述  69-73
  4.3 薄板穿甲机理研究  73-78
    4.3.1 形成凿块的能量损失  74
    4.3.2 扩孔所消耗的能量  74-76
    4.3.3 花瓣形成过程耗能  76-77
    4.3.4 剩余速度及弹道极限  77
    4.3.5 算例比较  77-78
  4.4 本章小节  78-79
第5章板架结构穿甲过程的数值计算研究  79-118
  5.1 引言  79-80
  5.2 弹靶模型和计算方法  80-83
    5.2.1 弹体模型  80-81
    5.2.2 靶板模型  81-82
    5.2.3 计算方法  82-83
  5.3 截锥形弹体正穿甲板架结构  83-111
    5.3.1 计算模型  83-85
    5.3.2 弹体正穿甲板架结构力学机理分析  85-88
    5.3.3 不同撞击点处板架结构的吸能和弹体剩余速度分析  88-101
    5.3.4 不同撞击速度下架结构的吸能和弹体剩余速度分析  101-111
  5.4 板架结构及其等效结构形式穿甲仿真研究  111-114
  5.5 截锥形弹体斜穿甲板架结构  114-116
  5.6 本章小结  116-118
第6章总结和展望  118-121
  6.1 本文主要研究的内容和结论  118-120
  6.2 展望  120-121
参考文献  121-124
致谢  124-125
攻读硕士学位期间的科研工作和论文发表情况  125

大型水面舰艇舷侧板架结构穿甲过程数值计算研究

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