引信系统螺纹连接界面的冲击传递特性模拟方法研究

大直径整体螺纹连接是引信安装在侵彻弹的弹体结构的主要形式,螺纹界面的冲击过载传递特性对于引信系统的设计具有重要意义.针对空间螺纹界面冲击传递过程中涉及的几何非线性和复杂接触摩擦状态以及界面分离带来的二次或多次碰撞等问题,设计了螺纹连接试件并建立了精细化有限元仿真模型,并通过大直径霍普金森杆的冲击实验测量数据验证有限元精细模型的有效性.从有限元仿真中获取整个螺纹结构件冲击响应的数值数据,对比内外结构的过载,并通过精细模型研究了预紧力对加速度响应的影响规律.最后针对现有薄层单元简化模型只能较好地模拟螺纹结构线性振动特性而无法准确模拟螺纹冲击传递特性的问题,提出考虑螺纹间碰撞作用的非线性薄层单元简化模型,丰富了螺纹连接简化模型的适用工况.

装药弹体高空跌落冲击动态响应研究

弹药意外跌落的冲击作用,可能引发事故甚至导致弹药出现早爆而造成灾难性后果。采用LSDYNA研究了分体式装药弹体从10~35 m范围内6个不同高度垂直撞击混凝土介质的冲击响应,获得了装药弹体从不同高度冲击混凝土介质时冲击过载峰值和脉宽的变化规律、装药内部应力波的传播规律,以及混凝土地面的开坑状况。冲击过载脉宽大约为5 ms,过载峰值最大约为1000 g,装药头部主要受到压缩作用,轴向应力呈近似半正弦规律变化,其最大值为43.9 MPa。开坑数值模拟结果与实验结果吻合较好,证明了数值模拟的合理性。

过载和攻击时间约束下的非线性最优制导方法

考虑导弹过载受限条件下,对以期望时间为攻击目标的非线性最优制导问题进行了研究。首先,建立了非线性最优制导问题的理论模型,基于庞特里亚金极大值原理和饱和函数方法建立了最优轨迹的最优性条件。其次,根据最优性条件和哈密尔顿轨迹参数化方法,建立了最优轨迹的参数化微分方程组,使得通过数值积分即可生成从飞行状态到最优制导指令映射关系的数据集。然后,通过前馈神经网络对上述映射关系进行近似,实现了非线性最优制导指令的毫秒量级实时生成。最后,通过数值仿真验证了所提非线性最优制导指令生成方法的有效性。

高过载下环氧树脂保护作用分析

为了研究环氧树脂在高过载环境下对弹体内关键零部件的保护作用,使用Ls-dyna有限元软件对同等外径下三种高度的灌封体在三种不同速度下的九种工况进行冲击过载仿真,用以确定应力波在高度范围内的传递衰减特性,选择所受应力最小的高度范围作为放置线路板的最佳高度。在最佳高度范围内加入线路板对整体灌封组进行冲击过载仿真实验,分析线路板周围应力分布及灌封胶对线路板的保护作用;之后通过冲击试验台对灌封组件进行了冲击过载试验,检测结果表明线路板遭受高过载后功能性完好。

基于标定冲击系数的锤击过载计算方法

针对WJ 233锤击机由于缺少不同齿数、配重和冲击过载值之间的对应关系而造成使用不便的问题,提出标定获取冲击系数计算锤击过载的方法。该方法利用能量法建立锤击机运动模型并计算击锤速度,基于加速度定义和应力传播的弹性碰撞接触时间推导出锤击加速度大小等于冲击系数和撞击速度的乘积,通过标定锤击机典型齿数的冲击系数,利用试验配重在某一齿数下的过载测试值即可计算出其他齿数对应的冲击过载值。验证结果表明,标定冲击系数计算锤击过载方法反映了锤击机冲击过载和配重、齿数间的相互关系,5齿、10齿、15齿、18齿、23齿过载计算值与实测值最大误差小于7%。

刚性弹体冲击金属网网孔的试验和数值分析

根据金属网与近程武器(火箭弹、迫击炮弹)相互作用的特点,在实弹拦截试验的基础上,设计并开展了刚性弹体低速冲击金属网网孔的试验。试验表明:金属网网孔在刚性弹体冲击下横向两侧钢丝交叉节点位置存在明显接触滑移,且在冲击过程中此交叉节点位置钢丝首先发生了断裂破坏,冲击后除与弹体接触部位网孔发生变形和破坏外,其余部位金属网网孔基本能恢复初始状态。结合实弹和刚性弹体低速试验现象、高强钢丝材料静动态性能试验数据等,采用LS-DYNA软件建立了精细化的金属网数值模型,开展了刚性弹体冲击金属网网孔的数值分析,数值方法可以较好的预测金属网网孔与刚性弹体间的相互作用以及金属网网孔钢丝断裂破坏现象。最后,利用数值方法对影响金属网与弹体间相互作用的因素进行了研究,结果表明:刚性弹体在冲击金属网网孔过程中受到的峰值过载力、能量损失与弹体口径和冲击速度有关,与弹体的质量关联性不大;随着弹体口径的增大,弹体受到的峰值过载力和能量损失逐渐增大;随着冲击速度的增大,弹体受到的峰值过载力逐渐增大,而弹体的能量损失逐渐减小。

弹载制导系统抗振动与高过载冲击设计仿真

分析了振动和高冲击对弹载制导电子系统不同的破坏机理.并且针对炮弹弹载制导系统的振动与冲击环境进行了抗振动与抗高过载冲击的结构设计.微型化电路结构设计提高了电子系统的固有频率,减小了共振引起的疲劳效应.灌封材料的应用和橡胶-泡沫铝交迭式隔振器设计,提高了系统的抗冲击能力.利用ANSYS软件对弹载制导系统进行了模态分析和瞬态冲击分析,获得了系统的固有频率、最大应力和最大位移.仿真结果验证了抗振动与抗高过载冲击设计方法的合理性.

交通动荷载对基坑围护结构的影响分析

城市建设的发展使基坑的周边环境越来越复杂,因此对相关设计工作提出了更高要求。通过一个工程实例,运用传统的半平面弹性地基梁设计法及三维有限单元模拟方法,详细分析了坑边(运土车)超载以及车辆冲击荷载对既有基坑围护结构内力的不利影响,并给出了基坑在复杂环境因素作用下垮塌后的加固方案,供今后工程借鉴。

不同倾角弹射座椅对人体过载冲击力学分析

针对目前传统的小倾角及新兴的大后倾角弹射座椅,基于人体测量学相关数据,以50百分位数中国男性飞行员为例,建立简化人体模型并进行受力分析,求解人体在过载瞬间所受的弯矩及轴力,得出同等冲击水平下,大后倾角弹射座椅对人体冲击小于小倾角座椅的结论,并利用Jack软件进行模拟,验证了仿真计算所得数据的准确性。

MEMS高g加速度传感器高过载能力的优化研究

设计的MEMS高g加速度传感器抗高过载能力差,将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。通过分析传感器结构对其抗过载能力的影响,及在高冲击测试中传感器结构损坏情况的统计,提出了一种新颖的优化高g加速度传感器抗高过载能力的方法。该方法是在结构最易断裂的梁根部和端部添加倒角,以分散在冲击作用下传感器结构这些部位受到的应力,进而提高加速度传感器的高过载能力,并从理论仿真分析了该方法的可行性。最后利用Hopkinson杆测试方法对优化前后的加速度传感器进行冲击测试,测试结果表明,加速度计的抗高过载能力从180 000 g提高到240000 g,说明该优化方法显著,明显提高了该类加速度传感器的抗高过载能力,设计的加速度传感器达到了较理想的抗高过载能力。

特殊作业条件下头部过载对人体的影响

目的获取特殊作业条件下的人体头部过载试验数据,研究人体对短时高强度过载冲击的响应特性及其对人体的影响。方法对现有试验设施进行改装,针对特殊作业条件下人体头部过载进行试验方案设计,采集获取乘体过载、人体头部过载等试验数据。通过试验数据分析了人体头部对过载冲击的响应特性,并从人体头部过载耐受性、头部损伤评估、头部共振等方面分析对人体的影响。结果在试验过程中,人体头部过载和乘体过载在趋势上具有良好一致性,但是峰值均高于乘体,二者差值随乘体运动速度增大而增大。结论人体头部对短时高强度过载的反应较剧烈,对人体安全性和舒适性造成了严重的威胁,但不会产生共振,不会对人体造成负面影响。虽然人体头部过载峰值和作用时间未超出人体耐受极限,但在不断累积情况下,可能会影响乘员健康。

旋转行波超声电机的冲击动力学模拟及实验

研究了冲击产生的高过载对旋转型行波超声电机结构和性能的影响机理和规律。首先,结合旋转型行波超声电机的工作机理和结构形式,建立了该型超声电机在冲击载荷下的有限元模型,利用显式算法模拟其在冲击过载环境中的暂态过程,分析电机的定、转子及压电元件等部件的应力和应变分布规律,研究和评估了目前超声电机结构对瞬时超大过载的耐受情况;其次,设计了特定夹持装置,对旋转型行波超声电机的耐过载特性进行了马歇特锤击实验,实验结果很好地印证了理论分析结果;最后,综合理论和实验结果评定了当前典型的旋转行波超声电机结构在特殊使用环境中的耐过载能力及易损伤部件。实验结果表明,紧凑和简单的结构特点使得超声电机本身具有较好的适应大过载环境的工作能力,在直接承8千个重力加速度冲击过载后仍能维持一定的输出特性。

一种实现大角度打击的制导律设计

针对导弹带落角约束条件的作战要求,基于Lyapunov稳定性原理设计了一种既能准确命中目标又能保证大落角的制导律.该制导律将末端角度约束转化为弹目视线角约束,其表达式包含两部分,分别是基于弹目视线角速度的反馈,及弹目视线角与期望视线角之差的反馈.通过合理地调节二者的比例关系,即可保证该制导律在可用过载范围内以期望的大落角击中目标.此制导律形式简单,便于工程实现.此外,充分考虑了导弹的机动性能和导引头特性,给出了末制导律引入时的最佳初始条件.通过某型导弹的弹道仿真,验证了该制导律的有效性.

弹载数据存储模块抗高过载防护技术研究

弹上飞行环境参数测试是导弹飞行试验测试的主要内容,通常包括加速度、温度、应力应变以及各种结构响应/动作信号等,这些数据以数字量的方式存储于测试系统数据存储模块中,所以数据存储模块是整个测试系统在发射/分离/抛射以及碰地等强冲击环境下需要保护的核心器件。介绍了弹载数据存储模块在高过载冲击条件下基于复合缓冲模块的防护技术,对保护装置的复合缓冲结构的缓冲机理从能量角度进行了探讨和研究,同时引入高过载冲击放大器加载试验技术,对获取的保护装置缓冲前后的加速度历程曲线进行了对比,得到了复合缓冲结构的缓冲效果,可以满足实际工程应用需要。

串联补偿电容器短路冲击试验仿真分析

目前串联补偿设备中串联电容器运行不够稳定,故障频发。根据并联电容器试验标准,以往进行的试验项目主要包括局部放电试验、介损试验及交流耐压试验,但是这些试验不能全面地反映电容器的质量情况。为考核串联补偿电容器的过负荷承受能力,需模拟线路短路故障时电容器上的短时过电压工况。为此,在分析多种方案的基础上,确定采用并联谐振储能试验回路的试验方案。通过仿真确定试验回路中各种参数对试验结果的影响,并提出最优的参数配置方案,为下一步进行具体实际的串联补偿电容器短路冲击试验提供指导意见。

高冲击环境下MEMS大量程加速度传感器结构的失效分析

对设计的大量程加速度传感器进行冲击测试,分析该种传感器结构在高冲击环境下的输出信号及可靠性。加速度传感器结构采用四端全固支结构,通过在梁的端部和根部设计倒角结构以分散应力。测试结果表明该传感器在232,119.4 gn下可以测试到有效输出信号。同时,对测试中失效传感器进行了分析,总结出大量程加速度传感器的在高冲击环境下的失效模式主要为键合引线的脱落、微梁的断裂和封装失效。

大型民机机身结构适坠性仿真分析

采用非线性有限元法,在MSC.Patran软件平台上建立了波音B737飞机全尺寸机身结构段垂直坠撞的动力学仿真分析有限元模型,并采用MSC.Dytran软件的显式积分求解器对该模型的结构冲击动力学响应进行计算求解。仿真分析结果输出了机身结构的变形过程,座椅导轨和机身框的加速度响应,分析结果与B737全尺寸机身结构段坠撞试验数据进行了对比。结果表明,考虑了乘员、行李和前后加强横梁的有限元模型所计算得到的座椅过载和机身框结构的过载与试验实测数据具有良好的一致性。该动力学建模分析方法可为大型客机机身结构的抗坠撞设计与分析提供参考。

空投鱼雷斜入水冲击动力建模及仿真分析

以入水弹道学和入水冲击理论动力学为基础,基于势流理论,针对入水体与流体耦合面的精确外形,建立空投鱼雷斜入水冲击初期动力学冲击模型,模型中引入体现液面隆起现象的沾湿因子,充分考虑入水冲击引起液面隆起的影响,采用精确形体法对入水冲击动力学模型和运动学模型进行解耦,在数值计算过程中应用了侵深步进法求解每一侵深步进的动态行为,以提高计算效率。然后,通过分析雷头截头尖拱体的高速斜入水冲击算例,表明在斜入水冲击初期采用精确形体法正确性和有效性;同时分析了液面隆起现象对轴向负荷和弯矩的影响,以及尖拱体的缓冲效应和截头尖拱体的防弹跳作用。

一种低功耗MEMS压阻式传感器的动态测试系统

为了准确分析侵彻过载信号,提出了一种低功耗、高过载的动态测试系统,该系统可以承受2×10~5g过载信号,为了实现采样率高、低功耗、抗冲击的特点,系统采用硅晶振作为主振荡器,并选用低功耗CMOS芯片,当系统开始工作时,处理器进入深度休眠模式,当进入发射模式时开始对外围电路供电.当弹体发射信号时,采用滞回触发电路来触发启动采集系统开始采集.实验证明,采用此方案,延长了弹体生存周期,并能够精确采集到空气炮的过载信号.

电容式高过载微机械加速度计的设计与实验

针对某些高过载应用场合对微机械加速度计抗冲击能力的要求,设计了一种三轴向抗冲击的梳齿电容式闭环微机械加速度计。通过分析带止档的闭环加速度计冲击响应过程,提出在敏感方向使用悬臂梳齿结构作为柔性缓冲止档可以缓冲冲击过程中微结构间的接触碰撞;在非敏感方向采用结构模态和阻尼分离的设计可减小冲击变形,耗散冲击能量。马歇特锤冲击实验表明,该加速度计能够分别承受3个轴向幅值为13 200g,脉宽约102μs的的加速度冲击,冲击前后偏置漂移在5mV以内。该闭环加速度计在±10g的非线性优于500×10-6,1.5h偏置稳定性为0.27mg。设计的样机基本满足高过载环境下惯性测量的要求。