超空泡射弹结构响应的流固耦合仿真研究.pdf

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1、第15卷第7期2011年7月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．15No．7Jul．201l文章编号：1007-7294(2011)07-0763--06超空泡射弹结构响应的流固耦合仿真研究张劲生，张嘉钟，王聪，魏英杰(哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001)摘要：先利用Logvinovich独。茳膨胀原理提出了流体域的一种简化计算模型，然后通过LS—DYNA有限元软件对存在尾拍的超空泡射弹的结构响应进行流固耦合数值计算，并比较分析了弹体长细比对结构响应的影响。计算结果表明：第一主应力、第三主

2、应力、最大剪切应力和VonMises等效应力近于同步变化；在射弹运动的初始阶段，各应力值和弯曲变形达到最大；弹体中部的应力最大且弯曲变形最严重。当弹体的长细比增加时，速度响应的频率变小，应力最大值的变化较复杂，应分段考虑，同时弯曲变形程度明显增加。关键词：超空泡；流固耦合；结构响应；数值仿真；尾拍中图分类号：0351．30326文献标识码：AFSIsimulationonthestructuralresponseofasupercaVitatingprojectileZHANGJin-sheng,ZHANGJia-zho

3、ng,WANGCong,WEIY喇ie饵幽nInstituteofTechnology，Harbin150001，Cbana)Abstract：BasedontheprincipleofLogvinovichofthecavitysectionsexpansion，asimplesimulationmodelofthefluidregionwaspresented．Thestructuralresponseoftheprojectileswhichunderwenttailslappingwascalculatedthr

4、oughfluid-structureinteraction(FSI)methodusingthesoftwareLS-DYNA．Andtherelationsbetweentheslendernessratiooftheprojectileandthestructuralresponseswereinvestigated．Thesimulat·edresultsshowthatmaximumprincipalstress，minimumprincipalstress，maximumshearstressandVonMi

5、sesstressvaryalmostsynchronously，thesestressesandbendingdeformationgrowtotheirmaximumintheinitialperiodofprojectilemoving，andthemaximumsofthemlocateonthemiddlepartofthebedy．Ad—ditionally，astheslendernessratiooftheprojectileincreases，thefrequencyofthevelocityrespo

6、nsedeereas-es，thebendingdeformationbecomeslarger,andthevariationofthestressmaximumsshouldbeconsideredondividedsegments．Keywords：supercavitation；fluid-structureinteraction；structuralresponse；numericalsimulation；tailslap1引言超空泡减阻是目前实现水下航行体超高速运动的新原理、新途径。利用超空泡减阻效应，水下航

7、行体可以达到非常高的速度。超空泡射弹发射时会受到扰动，导致射弹在前进的同时，还绕着其头部来回收稿日期：2010_10—11修改日期：2011-01—08基金项目：国家自然科学基金项目(10802026)作者简介：张劲生(1976-)，男，哈尔滨工业大学博士生，Emafl：zjn88@126．corn；张嘉钟(1945一)，男。教授。博士生导师。764船舶力学第15卷第7期转动，使射弹的尾部与空泡壁面发生连续的碰撞和反弹(尾拍)【”。极大的轴向冲击载荷和剧烈的尾拍使得超空泡射弹的结构响应与传统的航行体有很大的不同。过大的动

8、应力会导致射弹结构失效，过大的弯曲变形可以使射弹运动时发生翻滚，导致运动失稳田。因此研究超空泡射弹的结构响应具有重要意义，并为射弹的结构优化设计提供前提条件。由于射弹空间体积狭小，同时极强的瞬态冲击载荷对传感器等测量器件又有潜在的破坏作用，因此用试验测试方法，研究射弹的结构响应的难度比较大【3】。运用理论分析和数值计