弹丸高速侵彻水介质的理论分析与数值仿真.pdf

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1、·信息技术·毛磊，等·弹丸高速侵彻水介质的理论分析与数值仿真弹丸高速侵彻水介质的理论分析与数值仿真毛磊，方清(南京理工大学瞬态物理重点实验室，江苏南京210094)摘要：弹丸在水中高速运动时涉及到复杂的流固耦合及多相流流体动力学问题，对于弹丸高速侵彻水介质的研究一直以来没有获得较大的突破。通过理论分析，给出了弹丸高速侵彻水介质的理论分析模型。并应用ANSYS／LS—DYNA软件，采用ALE算法对高速弹丸侵彻水介质过程进行了流固耦合的数值仿真计算。结果表明：该仿真模型有效解决了弹丸高速侵彻水介质时。由于流固耦

2、合计算中流体形变引起的数值计算困难；弹丸初速越高，速度衰减越快，且变形越严重：衰减系数和阻力系数都随着弹丸初速的增大而增大。为弹丸高速侵彻水介质的理论分析和数值仿真研究提供有价值的参考。关键词：弹丸；侵彻；水介质；理论模型；数值仿真中图分类号：TP391．9文献标志码：A文章编号：1671．5276(2015)06．0l16．03TheoreticalAnalysisandNumericalSimulationforProjectilePenetratingintoWateratHighSpeedMA0Le

3、i，FANGQing(NationalKeyLaboratoryofTransientPhysics，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Themovementofhighspeedprojectileinthewaterinvolvescomplexfluid—structureinteraction(FSI)andfluiddynamicsofmultiphaseflowproblems．Animpor

4、tantbreakthroughismadeinthestudyforhighspeedprojectilepenetratingintowater．Throughtheoreticalanalysis，itstheoreticalanalysismodelofhighspeedprojectilepenetrationintowaterisgivenout．ThesoftwareANSYS／LS—DYNAandmulti-materialArbifraryLagrangeEuler(ALE)areused

5、tosimulatetheprocessofitspenetrationathighspeed．Theresultsshowthatthemodelcanbeusedtosolvethedificultyinnumericalcalculationoffluid—structureinteraction(FSI)causedbyfluiddeformationwhenitpenetratesintowater．Thehigheritsimpactvelocityis，thefasterthevelocity

6、reducesunderthewater，andthemoreitsdeformationis．Theattenuationcoeficientanddragcoeficientincreaseswiththeincreaseofimpactvelocity．Itcanbeprovidesthevaluablereferencefortheoreticalanalysisandnumericalsimulationstudiesofitspenetrationintowater．Keywords：proje

7、ctile；penetration；water；theoreticalmodel；numericalsimulation特性。0引言1理论分析弹丸侵彻水介质问题是涉及固、液、气三者相互耦合作用的一种复杂的物理过程，且弹丸在水中的运动特性与为满足工程要求，减小分析研究的难度，提出如下假空气中有较大区别。近百年来，这一问题引起了学者的极设l5]：弹丸为轴对称回转体；水中环境稳定，以准定常流大关注[1-2]。由于入水现象的复杂性，主要还是依靠实验处理弹丸在水中运动；忽略弹丸在水中运动时的浮力。由研究来发现弹丸入水

8、后的水中运动规律l3]．且弹丸在水于平头圆柱弹丸在水中运行弹道最稳定，所以只讨论平头中运动时，速度衰减规律与阻力系数密切相关，因此，建立圆柱弹丸在水中的运动特性。一个简单实用的数学模型来描述弹丸高速入水侵彻时的平头圆柱弹丸以初速V侵彻水介质，根据牛顿第二运动特性尤为重要。弹丸在水中高速运动时涉及到复杂定律，弹体在水中运动时有以下方程_5]：的流固耦合及多相流流体动力学问题，对于弹丸高速侵彻1mip=F=mg一—A