制导炮弹电子系统冲击动力学研究

论文摘要

论文以非线性动力学理论和有限单元方法为基础,以制导炮弹的电子系统为研究对象,建立其有限元数学分析模型;并应用有限元分析软件SAMCEF,采用隐式算法对弹体发射过程的动力学特性进行了仿真计算,得到弹体的冲击瞬态响应加速度、全弹体的等效应力分布,电子系统的印制板的应力—应变等计算结果。对仿真结果分析后,提出电子系统抗冲击结构设计优化方向。另一方面,本文采用落锤冲击塔和火药发射模拟作为冲击发生装置,分别采用不同材料封装的电子系统模拟试验件进行高冲击试验研究,对获得的试验数据进行了分析,验证有限元分析的可信性;从试验结果表明以空心玻璃微珠作为颗粒填充物来提高电子的抗高冲击能力是可行的,是一种有潜力的抗高冲击技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景综述
• 1.1.1 国内外制导炮弹的发展过程和现状
• 1.1.2 制导炮弹涉及的关键技术
• 1.1.3 课题意义
• 1.2 国内外电子设备（系统）振动冲击动力响应研究概况
• 1.3 非线性有限元在火炮发射分析中的研究进展
• 1.4 高冲击试验研究
• 1.4.1 高冲击试验装置
• 1.4.2 高冲击试验技术概况
• 1.5 本文所做的工作内容
• 第二章 弹体动力学有限元数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 弹体受力分析
• 2.3 基本假设
• 2.4 弹体动力学有限元数学模型
• 2.4.1 位移模式
• 2.4.2 应变矩阵
• 2.4.3 应力矩阵
• 2.4.4 单元刚度矩阵
• 2.4.5 结构刚度矩阵
• 2.4.6 弹体所受载荷的等效节点力和载荷列阵
• 2.5 动力学有限元模型的离散方程
• 2.5.1 非线性有限元动力学方程求解方法
• 2.5.2 隐式方法的收敛性和稳定性
• 2.5.3 有限元动力学方程直接积分方法的选择
• 2.6 材料破坏与失效
• 2.7 本章小结
• 第三章 弹体冲击动力学仿真和分析
• 3.1 全弹动力学有限元分析
• 3.1.1 全弹体实体模型的建立和简化
• 3.1.2 导引舱模型的建立
• 3.1.3 有限元模型的假设
• 3.1.4 全弹体有限元网格划分
• 3.1.5 发射载荷分析
• 3.1.6 边界条件
• 3.1.7 接触类型
• 3.1.8 计算结果和分析
• 3.2 导航舱封装仿真分析
• 3.2.1 导引舱封装模型的建立
• 3.2.3 材料特性
• 3.2.4 网格划分
• 3.2.5 载荷加载
• 3.2.6 计算结果和分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 高冲击试验
• 4.1 空心玻璃微珠的材料特性及冲击动力学特性
• 4.2 落锤冲击试验
• 4.2.1 弹舱模拟试验件的设计
• 4.2.2 固定模式试验结果与分析
• 4.2.3 自由模式试验结果与分析
• 4.2.4 试验结论
• 4.3 火药模拟发射冲击试验
• 4.3.1 试验件设计
• 4.3.2 抗高冲击设计方案
• 4.3.3 冲击载荷的测量
• 4.3.4 试验结果测量
• 4.3.5 试验结果与分析
• 4.3.6 试验结论
• 第五章 结束语
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 有限元分析软件SAMCEF介绍
• 1.1.1 SAMCEF软件的主要特点
• 1.1.2 SAMCEF Field运行环境