基于弹塑性接触/碰撞模型的弹炮耦合问题研究

采用等参六面体缩减积分单元,分别建立了火炮有膛线身管和无膛线身管与弹丸的接触/碰撞有限元模型,弹丸的弹带采用双线性弹塑性材料模型,考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算.对比2种模型的计算结果表明,膛线与弹带的接触/碰撞对弹丸在膛内运动时期及后效期的飞行姿态影响较大,建立膛线和弹带的精确有限元模型是必要的.

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梁理论确定质心间的力和力矩,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。

小口径火炮弹炮耦合动态响应有限元时程分析

基于移动荷载思想应用有限单元法和悬臂梁理论研究了小口径火炮弹丸膛内运动过程中的身管振动情况。应用圆柱坐标系将身管结构离散为标准的扇形单元,依据弹带凹槽部和凸起部沿膛线运动过程对各单元进行编号,将弹带视为弹塑性体,凹槽部应用线性简化模型,凸起部应用Dubowsky模型,身管简化为柔性变截面悬臂梁,考虑弹带挤进过程和刚体前定心部对内膛的瞬态碰撞规律,将弹丸膛内运动过程分为三个阶段,根据工程梁理论建立了移动弹丸作用下身管径向振动的时变动力学方程。将计算结果与炮口振动实验数据相比较,可知在忽略火炮后坐、摇架、炮塔等结构影响下,弹炮耦合模型比较准确。

基于有限元弹炮耦合的某牵引火炮炮口扰动灵敏度分析

针对影响火炮炮口扰动因素的问题,建立了某牵引火炮刚柔耦合参数化有限元模型,考虑了有限元弹炮耦合接触/碰撞、膛内时期膛线对弹丸的扭转、衬瓦与身管间隙、摇架板厚参数、火线高、耳轴及方向机刚度与阻尼、高平机刚度及阻尼、后大架尺寸参数等因素的影响。以炮口线速度和角速度表征炮口扰动,构建目标函数,通过灵敏度分析获得各因素对炮口扰动的影响程度。该结果为炮口扰动优化设计提供一定依据,对探寻各参数与炮口扰动关联性具有借鉴意义。

弹性身管的弹炮耦合问题研究

建立精确的线膛炮身管与弹丸模型,基于Adams中的柔性体接触理论,在考虑身管弹性的基础上,建立弹带和弹丸前定心部与身管内膛的接触模型,在该软件平台上分别对弹丸与刚性体线膛炮身管、弹丸与弹性化处理的线膛炮身管的弹炮耦合过程进行动力学仿真,得到两组弹炮耦合时的炮口振动及对应的弹丸运动响应数据。将所得数据进行对比,结合以往事实,说明在研究弹炮耦合时考虑身管弹性的重要性。结果表明该动力学模型在一定程度上表征弹丸与身管之间的作用机理,可以为通过减小身管振动的方法来提高射击精度提供理论参考。

考虑身管初始挠度的弹炮耦合振动特性分析

为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性,以某型火炮为例,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程,利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams建立相应考虑初始挠度的刚柔耦合动力学模型,并对数值计算的结果进行验证。在模型的基础上,对弹丸速度和弹丸质量影响炮口振动特性的规律进行分析。结果表明对于在运动弹丸激励下身管振动问题,身管初始挠度对振动分析结果的影响很大,不可忽略。在考虑身管初始挠度的情况下,弹丸速度越大,对弯曲身管的校直作用越明显,炮口振动幅值越大;弹丸速度一定时,弹丸质量越大,炮口振动幅值越大。

弹炮耦合问题在重力场下动力学数值仿真

建立了带摇架、身管膛线的弹炮耦合接触/碰撞有限元模型,考虑了在膛内时期弹丸弹带、定心部与膛壁的接触碰撞及膛线对弹丸扭转的影响;在此前提下,充分利用有限元显式和隐式算法各自的优势,通过混合计算来模拟重力静态平衡下的火炮发射过程;通过显式用户子程序的构建与子程序的数据传递来模拟弹丸膛内运动时期后坐体的后坐运动过程。对模型仿真计算结果表明,在整个模型自重平衡的状态下,弹丸膛内运动姿态扰动会受到身管自重作用与弹炮耦合作用的双重影响;因此,这种建模分析方法在研究与评估弹丸膛内时期运动姿态规律上更具备一定的实际意义。

某型舰炮弹炮耦合问题初探

针对某型舰炮运用ADAMS软件建立了该型舰炮的弹炮耦合动力学模型。在此模型基础上,分析了该型舰炮发射时,弹炮耦合对弹丸初速的影响和计及弹丸作用时对身管后坐的影响。

基于ADAMS软件的弹炮耦合问题研究

用 ADAMS 软件建立了弹炮耦合动力学模型,在此模型基础上,研究了发射时计及弹丸作用的炮管后坐和炮管对支撑的作用。计算结果表明,与不计弹丸作用时的炮管后坐及对支撑的作用有显著差异。

某型舰炮弹炮耦合对炮口振动影响的研究

针对炮口振动会影响舰炮系统发射状态的问题,运用ANSYS软件建立了某型舰炮的后坐部分动力学模型和弹炮耦合动力学模型。基于此模型,采用有限元分析法进行分析,得出:炮口处的振幅从开始逐渐增大,在弹丸出膛瞬间到达最大值,然后逐渐减小,直至减到最小值。分析结果表明:该方法能够较真实得模拟舰炮弹炮耦合过程,得到弹炮耦合对炮口振动的影响结果。

线膛身管建模方案及弹炮耦合问题研究

为解决线膛身管有限元建模依赖专业软件Hypermesh的问题,提出基于ABAQUS和Matlab软件的联合建模方案,研究具有初始挠度线膛身管有限元建模流程。基于Von Misses屈服准则和Johnson-cook强化模型,建立考虑弹带弹塑性和身管初始挠度的弹炮耦合模型,分析弹丸在膛内的运动规律。结果表明:考虑身管自重弯曲后,弹炮耦合作用加剧,身管弯曲对弹丸横向和纵向运动均有明显影响。

SPH-FEM耦合方法在弹丸膛内运动中的应用

大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程,采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法,结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势,对大变形的弹带采用光滑粒子离散,发射系统的其它结构采用有限元模拟,综合考虑弹带材料的动态力学性能及损伤行为,弹带与身管内膛摩擦界面特性及火药燃气的波尔登效应,建立了较为全面的火炮发射动力学模型,成功模拟出弹丸挤进过程和随后直膛运动。通过与任意的拉格朗日-欧拉自适应网格(ALE)仿真结果相比验证了该方法的优越性,通过对比仿真结果与试验数据验证了其有效性,获得了弹丸膛内运动过程中弹带温度、炮口振动和弹丸运动姿态的变化规律,为火炮弹炮匹配设计及精度设计提供了参考。

高压高速工况下弹炮间摩擦系数表征及数值模拟

为了准确表征弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副的摩擦系数,采用动压润滑理论,综合考虑身管弹丸摩擦副高压、高速的极端工况,建立了动压润滑摩擦模型,推导出了相应的摩擦系数计算公式。通过有限元方法模拟了弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副摩擦系数的转变过程。结果表明:摩擦系数与接触压力和相对运动速度成反比,当接触压力和相对运动速度乘积达到20 000 MPa·m/s以后,摩擦系数基本趋于稳定值0.02。与恒定摩擦系数下弹丸的运动姿态进行了对比,得到了更为平稳的弹丸运动姿态,为弹炮一体化设计分析提供了一种技术途径。

坡膛加工误差对内弹道性能影响仿真研究

为研究某小口径火炮身管因加工误差,导致弹丸定位后与坡膛沿身管轴线方向上的距离产生变化,进而对内弹道性能产生影响,采用Johnson-Cook材料模型,通过Abaqus商业有限元软件,建立弹炮耦合动力学有限元仿真模型,并通过VUAMP子程序进行二次开发,将内弹道方程嵌入有限元模型,计算弹丸在膛内运动过程,对比分析不同加工误差对内弹道性能的影响。结果表明:因加工误差,弹丸挤入前的自由行程变短,挤进时弹丸受到挤进阻力增大,弹丸起始加速度降低;在整个内弹道期间,因弹后容积减小,弹底压力增大,内弹道膛压峰值升高,弹丸初速增大。结果可对该火炮后续设计和实验提供参考。

身管内膛参数化模型及其磨损有限元模型的生成方法

为了精确地建立磨损内膛有限元模型,提出分片拼接法,建立身管内膛的参数化实体模型;提出节点偏移法,构建磨损程度不同的内膛有限元模型;通过搭建磨损内膛的弹炮耦合模型,并计及磨损内膛体积增大量,采用热固耦合有限元法分析了火炮内弹道膛压和弹丸初速的退化过程。通过对比仿真结果和实验数据,验证了上述建模方法的正确性。该研究不仅对身管的设计和分析具有参考意义,也可以为火炮内弹道的性能退化提供评估方法。

线膛身管有限元网格参数化建模方法

为了精确快速地建立身管结构有限元网格模型,提出基于Python脚本语言操作单元和节点坐标的参数化建模方法,建立身管结构有限元网格模型。使用该方法能够精确地建立身管内膛(包含药室、坡膛和导向部)和外部轮廓的有限元网格模型,并进行参数化建模。以76 mm火炮身管为对象,建立身管与弹丸耦合的有限元模型,计算弹丸在身管内的全弹道运动过程,并结合相应实验进行验证。研究结果表明:该方法能够精确快速地建立身管结构有限元网格模型。

火炮振动与控制的发展现状及应用前景

火炮是一个多场耦合复杂系统,其发射过程具有高瞬态和强冲击特征,火炮振动是影响射击精度的重要因素之一,是火炮领域的重要研究内容。近年来提出了火炮多体系统动力学、非线性动态有限元、多目标多学科优化及不确定性等火炮现代设计理论与方法,对炮身、架体、底盘等重要部件及各部件间连接关系组成的火炮系统进行建模、仿真及优化,从而达到减小炮口振动、提高射击稳定性和射击安全性的目的。笔者从火炮振动与系统优化、弹炮耦合、火炮不确定性分析与优化等方面对近年来取得的成果进行了总结和分类讨论,并提出了火炮振动领域存在的问题及火炮振动与控制的应用前景。

影响弹丸起始扰动的火炮结构参数灵敏度分析与优化研究

弹丸起始扰动对火炮射击精度有重要影响,为了减小弹丸起始扰动,建立了某大口径轻型牵引炮弹炮耦合全炮动力学参数化有限元模型,由弹丸出炮口时刻弹丸的角位移、角速度表征弹丸起始扰动,构建优化目标函数,对火炮结构参数的影响程度进行灵敏度分析;同时利用径向基神经网络近似模型方法对弹丸起始扰动进行优化研究。结果表明,摇架臂板厚对弹丸起始扰动影响显著,优化后弹丸出炮口时刻弹丸角位移和角速度均明显减小。该结果可为火炮结构设计提供理论依据。

膛内时期后坐部分两种动量计算方法分析

研究对火炮动力学性能设计方法的优化,准确的设计方法对火炮系统的研究具有很重要的意义。现行的火炮后坐部分膛内时期动量计算方法得到的结果与火炮试验中得到的数据存在很大差异。为提高计算的准确性,对现行计算方法进行优化,提出了一种新的后坐部分动量计算方法。为验证新方法的优越性,建立基于弹炮耦合的某舰炮后坐部分模型,利用ABAQUS有限元分析软件对该舰炮后坐部分膛内运动时期进行仿真分析。结果表明,新方法与仿真结果吻合度较高。数值仿真结果可以为相关研究提供参考。

弹丸连续挤进对不同坡膛结构受力的影响

针对火炮内弹道复杂的受力环境,为了研究弹丸挤进坡膛时的力学响应,在考虑粘塑性及韧性损伤耦合效应的弹带本构模型的基础上,建立弹炮耦合有限元模型.通过计算获得了坡膛的动态应变曲线及应力值,分析了多发弹丸连续挤进时的坡膛力学响应规律,以及不同坡膛结构对受力的影响,探讨了坡膛受力规律.研究结果表明:同一种坡膛结构下,弹丸连续挤进,由于材料硬化效应,坡膛膛线起始部位VonMises应力水平与应变增长较为缓慢;不同坡膛结构变化下,随着坡膛长度的增加,膛线起始部位应力与应变逐渐减小.