弹丸发射和着靶的过载特性及模拟试验方法研究

论文摘要

近年来随着高速侵彻弹和动能弹的发展,弹药技术面临一个亟待解决的问题,即在高过载状态下弹药的安全性和作用可靠性问题。因此,开展弹药的高过载特性研究显得尤为重要。针对上述问题,本文从实弹过载环境分析、过载环境试验模拟、过载环境数值仿真三个方面进行了研究。实弹过载环境分析表明:发射和着靶的过载环境由高频加速度波和低频加速度波叠加而成;发射的最大过载加速度峰值在5万个g左右,着靶的最大加速度值接近十万个g;过载脉宽则与目标特性有关,不同的着靶目标,其过载脉宽也有很大的不同。过载环境试验模拟主要通过研究马歇特锤击试验、落球碰撞试验和HOPKINSON杆应力波加载试验等典型试验方法,来模拟弹药的实际过载环境和过载特性。试验结果表明,Hopkinson压杆应力波加载试验适用于模拟火工品着靶时的过载环境,落球碰撞试验适用于模拟火工品发射时的过载环境。过载环境数值模拟主要应用有限元分析方法和ANSYS/LS-DYNA软件,对落球碰撞试验的过载环境进行模拟仿真,并将计算结果与实验结果进行了比较,结果表明,计算模拟结果与实际试验结果一致性较好,能够为落球碰撞试验装置的优化设计提供参考和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本论文研究的目的和意义
• 1.2 弹药高过载特性的研究现状
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 弹丸发射和着靶状态受力分析
• 1.4 有限元技术的应用及大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA
• 1.4.1 有限元分析方法介绍
• 1.4.2 大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 2 实弹过载特性研究及数值仿真
• 2.1 实弹过载特性分析
• 2.1.1 5英寸口径火炮发射过载特性
• 2.1.2 高过载弹药着靶过载特性
• 2.1.3 小口径炮弹着靶过载特性
• 2.1.4 100mm口径弹侵彻混凝土过载特性
• 2.1.5 57mm口径弹丸着靶过载特性
• 2.1.6 多层混合靶着靶过载特性
• 2.1.7 小结
• 2.2 弹丸着靶数值仿真
• 2.2.1 刚性弹丸侵彻素混凝土靶有限元仿真
• 2.2.2 刚性弹丸侵彻钢靶仿真
• 2.3 小结
• 3 火工品高过载试验模拟及数值仿真
• 3.1 马歇特锤击模拟试验
• 3.1.1 马歇特锤击试验装置及原理
• 3.1.2 基本试验方法
• 3.1.3 马歇特锤击机技术要求
• 3.1.4 试验结果及分析
• 3.1.5 小结
• 3.1.6 讨论
• 3.2 Hopkinson杆应力波加载模拟试验
• 3.2.1 分离式Hopkinson杆（SHPB）试验
• 3.2.2 自由式Hopkinson杆（FHPB）试验
• 3.2.3 Hopkinson杆应力波加载测试结果
• 3.2.4 Hopkinson杆应力波加载数值仿真
• 3.2.5 小结
• 3.3 落球碰撞模拟试验
• 3.3.1 落球碰撞试验原理及装置
• 3.3.2 基本试验方法
• 3.3.3 试验结果及分析
• 3.3.4 落球碰撞试验数值仿真
• 3.3.5 落球碰撞试验装置优化设计
• 3.4 火工品高过载模拟试验比较
• 3.5 小结
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献