超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析.pdf

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1、第35卷第2期四川兵工学报2014年2月【武器装备理论与技术】doi：10．1l809／scbgxb2014．02．012超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析张丁雄，王义冬，刘天放(1．海军装备技术研究所，北京102442；2．海军航空工程学院，山东烟台264000)摘要：利用Matlab模拟仿真弹丸在水中的运动情况，将仿真结果代入ABAQUS对弹丸进行有限元仿真，分析弹丸在水中运动时各个节点的应力变化情况，找出了弹丸在水中运动时最容易发生破坏的危险区域，该区域的强度和刚度都是在设计弹丸时应该重点考虑的部位。关键词：超空泡射弹；模拟仿真；ABAQUS；有限元本文引用格式：张丁雄，

2、王义冬，刘天放．超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析[J]．四川兵工学报，2014(2)：40—43．中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1006—0707(2014)02—0040—04SimulationofSupercavitatingProjectileMotionProcessandFiniteElementAnalysisZHANGDing．xiong，WANGYi—dong，LIUTian．fang(1．NavalEquipmentTechnologyInstitute，Beijing102442，China；2．NavalAeronauticalEngi

3、neeringInstitute，Yantai264000，China)Abstract：UsingMatlabsimulationofthemotionoftheprojectileinthewater，wemadethesimulationre—suitsintoprojectileABAQUSfiniteelementsimulationanalysis，analyzedtheprojectilemotioninwaterstressconditionofeachnodetoindentifytheprojectilemotioninthewatermostlikelytoo

4、ccurwhenthedamage．Theareathatthestrengthandstiffnessarefocusshouldbeconsideredwhendesigningtheprojee—tileparts．Keywords：supercavitation；simulation；ABAQUS；finiteelementCitationformat：ZHANGDing—xiong，WANGYi-dong，LIUTian—fang．SimulationofSupercavitatingPro—jectileMotionProcessandFiniteElementAnal

5、ysis[J]．JournalofSichuanOrdnance，2014(2)：40—43．超空泡射弹在水下航行时被超空泡包裹着，弹丸尾部与空泡壁发生剧烈的碰撞，极大的轴向冲击载荷和剧烈的尾拍1弹丸水中运动仿真模型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，作用在空化器上的力和周期性作用在弹丸尾部的力有可能弹丸在水中运动时由于空化器的作用形成了一个包裹使弹丸结构发生强度破坏⋯，因此研究超空泡射弹尾拍飞行弹丸的超空泡，本文采用的空化器为圆盘空化器，且空化器时的应力变化情况具有重要的意义。平面与弹丸的轴线垂直，使用的模型如图1所示。由于弹丸在水中运动速度非常快，直接对作用在弹

6、丸上的力进行测量非常困难，本文利用Mattab对弹丸运动过程进行模拟仿真，分析弹丸在水中的受力情况及运动速度，利用仿真得到的尾拍载荷，对做自由飞行的超空泡射弹在尾拍过程中弹丸的各个节点应力特性进行有限元仿真。图1弹丸模型收稿日期：2013—10—02作者简介：张丁雄(1987一)，男，硕士研究生，主要从事武器系统仿真与试验技术研究。张丁雄，等：超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析41已有实验证明当超空泡射弹的运动速度超过8m／s后，动力学方程为：重力对弹丸的作用效果很小J，本文不计作用在超空泡航行=一cu2(1)d2m‘一体上的重力，这种近似是可以接受的，故假设运动体的质心出近似

7、于沿水平直线前进。同时，由于常温下水的饱和蒸汽压圳(2)相对较低(只有2350Pa)，泡内的气体也比较稀薄，为了简dw化分析，对空泡内的气体摩擦阻力也进行了忽略J。(3)dz超空泡射弹做尾拍飞行时速度非常大，使弹体前端面上欧拉法可将其写为：的流体阻力和升力非常巨大，直接导致弹体前端的上、下运+1)=一㈤·df+)(4)动变得非常困难，在弹体同时做前进和转动的刚体运动时，弹丸空化器部分在纵向平面内(偏离弹体水平前进的方向)(i+1)=tO()(5)的位移相对于其他部分弹