高速运动靶板对射流头部速度影响的数值模拟

高速运动靶板对射流头部速度会产生一定影响。本文主要使用理论分析和数值模拟相结合的方法,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对破甲弹战斗部侵彻运动靶板进行仿真,得出了高速运动靶板对射流头部速度影响的一般性规律,为今后实验研究打下了基础。

水防护层对射流头部速度衰减作用研究

采用闪光X射线摄影方法观测了射流侵彻水防护层间隔靶的过程,分析得到了射流头部的速度变化规律及水介质中金属粒子、冲击波分布特征,探讨了高温金属射流与水防护层的作用机理。结果表明:射流头部速度在侵彻水防护层间隔靶的过程中,呈现出了突然降低的假象,这是由于射流侵彻水防护层时,冲击波后的高压(9~10GPa)与高温导致射流头部存在明显的碎化现象。在射流进入水防护层初期,射流头部的碎化最为严重,致使射流头部快速消耗,进而在脉冲X射线测量实验中出现射流头部速度突降的假象。

基于加速度波形优化的行人头部保护设计

人车碰撞过程中头部保护是国内外研究的一个重点,在HIC值相同的情况下头部加速度曲线可能千差万别,从而导致碰撞深度也有差异,因此,通过合理的车身结构设计来控制加速度曲线,可以保证在相同的碰撞深度下使头部伤害程度降低到最小。首先分析了几种常见的加速度近似波形的不同特性,并找出最优化的加速度曲线,然后借助有限元软件的仿真分析,通过对头部碰撞区域内的结构进行改进,实现对头部加速度的优化,从而降低头部的伤害程度。

行人头部与车辆碰撞中旋转速度对颅脑组织响应影响

为了探究旋转速度在行人头部与车辆碰撞中对颅脑组织响应影响,对46例真实交通事故进行了运动学重建获得行人头部与车辆碰撞线性、旋转速度分布特征,并依此建立了头部与风挡、发动机罩碰撞有限元仿真模型,分析了头部旋转速度在不同线性速度和碰撞位置下对颅脑应力应变响应影响特征。结果表明:在行人头部与风挡碰撞中,当线性速度小于40 km/h时,颅脑最大主应力和Von Mises应力随头部旋转速度增加而增大,头部线性速度大于40 km/h时,旋转速度对颅脑响应无显著影响;在行人头部与发动机罩碰撞中,所有工况下颅脑最大主应力和Von Mises应力均随头部旋转速度增加而增大,导致颅脑损伤风险显著增加。因此,在车辆安全性评价时应当考虑头部旋转速度作用及风挡玻璃和发罩碰撞差异。

双层药型罩结构参数对其射流影响的重要度分析

由于传统的单层药型罩能量利用率较低,为了提高未来弹药的威力,许多专家提出了双层药型罩的概念,双层药型罩所形成的射流头部速度不但明显提高,而且射流性能也有所改善,并且还能够大大提高药型罩的利用率。为了深入研究双层药型罩结构参数对其形成的射流性能的影响程度,采用提出的数值模拟思路对文献中工况2的模型进行仿真计算并与其试验结果相比较,工况2的试验结果为内罩速度为2486 m/s,通过数值模拟思路仿真计算出其内罩速度为2410 m/s,数值模拟结果与试验结果误差不超过4%,保证了数值模拟的准确性。简述了双层药型罩形成射流的基本原理,同时设计不同结构参数的双层药型罩仿真方案并构造出正交设计表,采用正交设计方法分析双层药型罩壁厚、聚能装药高度、双层药型罩锥角对其形成射流的影响,以射流的头部速度为指标,通过极差分析方法得出不同因素对双层药型罩射流性能的影响程度,并且找到形成射流性能较优的结构参数。结果表明:在研究的范围内,影响双层药型罩射流性能的重要度排序为壁厚n﹥装药高度h﹥锥角α,通过正交设计得出的最优组合为A1B1C3,也就是双层药型罩锥角为50°、双层药型罩壁厚为2 mm、聚能装药高度为75 mm。

行人保护头碰加速度波形分析与结构优化

研究了行人头部与机罩撞击过程中头部加速度波峰的形成机理,将已有头部加速度波形由四段式波形修正为三段式波形.通过试验与仿真,验证了三段式波形理论的准确性,并依据该波形理论对机罩前端锁扣区域结构进行了优化,在保证机罩行驶安全强度性能的条件下有效地降低了该区域的头部伤害值.

填充物对组合式MEFP战斗部的弹丸成型影响研究

为了保证轴向组合式MEFP战斗部子装药之间不发生殉爆,选用聚乙烯、尼龙、聚氨酯和铝四种隔爆材料作为MEFP战斗部内部填充介质.运用显式动力学分析软件LS-DYNA对EFP弹丸成型情况进行数值模拟研究,分析子装药之间填充不同材料介质时,所形成的中心与周边EFP的头部速度、长径比以及发散角的变化情况.研究表明:采用铝作为填充材料时,MEFP头部速度最高;采用聚氨酯作为填充材料时,MEFP长径比最大,周边EFP发散角最小.通过与前人试验对比,得到聚氨酯作为隔爆材料时,数值模拟结果与真实试验结果相比误差不大于10.3%.

不稳定分层大气边界层中沙尘暴的无黏模型研究

实验观测表明,沙尘暴发生之前的大气边界层常常是不稳定分层的。沙尘暴可被视为处于超高Reynolds数的颗粒两相湍流异重流。为了研究异重流坍塌阶段的主控机制,建立了一个无黏模型,发现在重流体或环境流体或两者均存在不稳定密度分层时,表征异重流头部速度的Froude数都会变小。对不同的开闸高度和不稳定分层情况的开闸式异重流进行了数值模拟。尽管在密度界面存在混合,但是模拟所得的头部速度与高度关系同无黏模型的预测相符。另外,野外观测到的沙尘暴头部速度增量同该模型的预测基本一致,显示在该类高Reynolds数湍流中无黏机制的贡献不容忽视。

射流侵彻水夹层间隔靶的理论和实验研究

为得到聚能射流侵彻水夹层间隔靶规律,选取50 mm口径聚能装药对水夹层间隔靶(2 mm×4 mm钢靶板+100 mm水夹层)的侵彻过程进行了理论和实验研究。结合准定常侵彻理论和数学归纳法建立了射流侵彻水夹层间隔靶理论模型,得到了射流头部速度与侵彻距离之间的关系。为验证理论模型,用脉冲X光和计时仪获得了多个侵彻阶段的射流头部速度。通过模型分析了水夹层间隔靶结构对射流剩余头部速度的影响。结果表明:建立的理论模型正确,由其得到的射流穿过水夹层间隔靶后的剩余头部速度理论值与实验值平均误差为4.6%;当靶板厚度小于20 mm,且水夹层间隔小于150 mm时,水夹层间隔靶对射流头部速度的衰减效率较高。

一种射流源和炸药射流感度的研究

为了研究各种炸药射流感度,采用多种途径研制了能量输出较稳定的射流源;并用三种方法对射流源能量输出稳定性进行了判定。利用自行研制的射流源对TNT、B炸药J、B-B等多种炸药进行了射流感度的评定试验,获得了多种炸药射流感度的顺序排列结果,并与文献值符合得很好;利用X光机获得了射流头部速度与隔板厚度的关系,并拟合了经验公式。

钨铜粉末药型罩形成聚能射流的数值模拟

利用LS-DYNA3D软件对钨铜粉末药型罩聚能射流的形成过程进行了数值模拟,采用多物质ALE算法,模拟了钨铜聚能射流的形成过程,并与实验结果进行了对比。结果表明,随着药型罩密度的增加,射流直径变细,头部速度降低,数值模拟结果与实验结果较一致。

非轴对称装药对杆式射流初速影响的数值仿真

为了增加杆式射流的威力,采用LS-DYNA研究了非轴对称装药对杆式射流初速的影响规律,并提出用装药的非轴对称度表征非轴对称装药。通过分析可知:长轴起爆半径对爆轰波波形和压力的影响较大,长轴装药半径则决定了长轴起爆半径的选择范围。随着长轴起爆半径的增加,爆轰波的相互作用区域增大,压力峰值提高。得到了起爆半径非轴对称度对杆式射流初速的影响规律:随着起爆半径非轴对称度的增加,杆式射流的初速开始增加较快,后来增加变慢。所研究的非轴对称杆式射流头部初速最高可以达到3510m/s。

水下爆破聚能装药结构正交优化设计

以某特定尺度的微型聚能装药结构为研究对象,运用正交设计方法和数值模拟手段对影响射流成型和侵彻的4个关键结构参数进行优化设计。选定射流有效长度与头部速度作为试验指标,利用AUTODYN对9组试验方案进行数值模拟并获得指标数据,通过对模拟结果分析获得最优装药结构参数组合为璧厚0.8 mm、药型罩锥角角度60°、药柱高80 mm、锥顶形状缺口形。采用该方案的装药结构侵彻10 cm厚钢靶,装药产生的射流能够完全贯穿靶板并产生部分剩余射流,射流穿透靶板的开口孔径为1.2 cm。

基于波形调整器的反封锁弹药战斗部改进仿真

为减少侵彻3 m深反封锁弹药战斗部的聚能装药量,降低壳体破片的附带危害,在该聚能装药中置入波形调整器,利用ANSYS/LS-DYNA仿真研究波形调整器的不同底面直径、不同高度和不同锥角对聚能射流头部速度和壳体破片速度的影响,得出聚能射流头部速度、壳体破片速度与波形调整器底面直径、高度和锥角的关系曲线.该波形调整器最优设计尺寸是底面直径为装药直径的0.55倍,高度为底面直径的0.375倍,锥角为30°.采用最优设计尺寸时,在聚能射流侵彻性能不降低的情况下,聚能装药量可减少6.8%即0.73 kg,且壳体破片速度可减小12.5%,从而降低其附带危害.

空间站睡眠区不同送风角度下的流场仿真分析

目的通过分析空间站睡眠区内部流场,为睡眠区通风设计提供参考,并保障航天员睡眠的舒适与安全。方法参照实验样品建立三维空间站睡眠区的仿真模型,利用计算流体力学仿真软件Fluent对其内部流场、温度场以及浓度场进行了数值计算分析。同时,本文探究了不同送风角度对睡眠区内部气流组织的影响,选取头部速度比例、空气龄以及吹风感作为指标进行评价。结果送风角度为水平向下-10°时最佳,不仅能够保证乘员的安全需要,而且能够满足热舒适性要求。结论仿真方法可以用于睡眠区后续的计算分析;送风角度对于睡眠区内部流场有较大影响,水平向下-10°最优。

陶瓷/泡沫铝/铝合金抗线性射流侵彻性能分析及结构优化

为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析,并从不同组合的面、背板厚度比和泡沫铝夹芯厚度两方面,研究了该复合装甲能量吸收规律、应力波衰减规律。结果表明:同一厚度比下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小,泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。

建立人体头颈动力学有限元模型和验证

目的建立符合解剖结构的头颈三维动力学有限元模型,研究冲击力作用下头颈部动力学响应。方法采用中国成年男性志愿者颈部CT扫描图像,获取颈椎三维点云数据,通过有限元前处理软件ICEM-CFD和Hyper Mesh建立颈部有限元模型。模型包括椎骨、椎间盘、小关节、韧带和软骨等组织,结合已建立并验证的头部有限元模型,装配成具有详细解剖结构的人体头颈部有限元模型。结果模型参考公开发表的头颈部轴向冲击实验数据进行验证,其颈部变形、头部加速度、接触力曲线以及损伤部位与实验数据吻合较好。结论动力学三维有限元模型可用于汽车安全、运动学损伤等领域人体头颈部的动态响应和损伤机制研究。

截顶装药结构的成型特性研究

截顶结构超聚能装药较常规聚能装药具有更加优异的综合毁伤能力,即侵彻深度和侵彻口径可以大幅度提升。为了提高大锥角聚能装药结构的侵彻深度和侵彻口径,对大锥角聚能装药进行了截顶结构设计,通过调整附加装置结构及材料,并对药型罩的结构进行调整,初步设计了6组方案,利用AUTODYN-2D软件对不同聚能装药结构的成型特性进行数值仿真研究。结果表明:通过加入高密度的附加装置代替传统药型罩的顶部,改变附加装置和药型罩的结构,在附加装置推动、药型罩压垮加速空间增大以及压垮角增大的三重作用下,能够有效提高射流的头部速度,提高药型罩材料的质量利用率,可以形成直径粗大的高速射流。其中采用截顶半球形附加装置变壁厚结构超聚能装药所形成的射流形态最优,其射流头部速度可超过10000 m/s,药型罩利用率达到51.6%。

正面偏置碰撞试验中驾驶员侧安全气囊的吸能特性

为研究正面偏置碰撞中驾驶员侧安全气囊(DAB)的吸能作用,在10款车型的正面碰撞试验中,测量假人颈部约束力、头部加速度,计算出气囊作用下头部加速度、头部降速和气囊吸收能量。试验结果表明:在气囊作用下,在假人头部伤害允许指标(HIC)低于高性能限值情况下,假人头部平均降速为22 m/s,假人头部x向是主要吸能方向,气囊平均吸收动能为1.1 kJ,占总吸收能量的80%以上;x向吸收能量越高,对颈部保护效果越好。安全气囊的开发应以此为目标。因而,提高气囊在假人头部x向吸能作用,可直接提高气囊刚度,也可通过调整安全带约束强度来实现。

带截体聚能装药正交优化设计

提出了一种针对带截体聚能装药的正交优化试验设计方法,研究带截体聚能装药的结构参数对其形成射流的影响,对4个主要结构参数进行了优化设计,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对试验方案进行模拟,通过对模拟数据的分析,得到了各指标对应的优化方案。结果表明:对于剩余射流断裂头部直径,最优方案为罩锥角76°,罩壁厚1 mm,药顶高30 mm和截体间距10 mm;对于剩余射流断裂头部速度,最优方案为罩锥角60°,罩壁厚0.75 mm,药顶高30 mm和截体间距17.5 mm。