双层壳体在冲击载荷作用下的动力响应分析

【摘要】： 在工程领域常常需要在壳体的设计和分析中考虑冲击、碰撞等因素，因此，对双层壳体在冲击载荷作用下的动力响应分析具有重要的应用背景。本论文对LY12铝合金材料进行了高速撞击实验，对实验样本进行了设计、加工。采集了实验数据，并对其进行了分析。得到了在52m／s和32m／s两种速度撞击下的LY12铝合金的材料特性、本构关系等数据。 采用动力有限元显式积分方法的拉格朗日求解器，对双层壳体高速撞击靶体的塑性动力学问题进行了数值模拟。得到了双层壳体在两种不同速度下垂直撞击两种不同硬度靶体过程中，双层壳体的变形、结构的位移、速度、加速度与时间之间的关系，不同时刻外壳、中壳、以及内部实体的动力响应模态，以及双层壳体在轴向高速撞击下结构的动态演变过程。 在对原型结构的仿真分析后，依据材料撞击下能量耗散机理，对原型双层壳结构进行了以防护内部实体、确保弹体空中飞行参数和节约材料为目的的优化设计。先后分别设计了三种结构，并分别对其在两种不同速度下垂直撞击两种不同硬度靶体过程进行了数值模拟，得到了不同时刻、不同结构的外壳、中壳、以及内部实体的应力、应变的大小和分布，不同结构内部实体的位移、速度、加速度与时间之间的关系曲线，以及双层壳体在轴向高速撞击下结构的动态演变过程。经过对包括原型在内的四种结构的内部实体、中壳和外壳的分析和对比，得到了在冲击载荷不太大的情况下，支架交错分布设计的结构3，明显减小了内部实体在撞击时受到的应力作用，为最佳结构。 当冲击载荷较大的情况下，结构4的外壳和中壳之间的支架接触；中壳头部悬空；外壳头部减薄；中壳和内部实体的位移空间增大；支架交错分布；中壳支架缩短一半等结构的改进：方法，都对内部实体的防护起到良好的作用。结构4为大冲击载荷下的最佳结构。 本论文对今后双层壳的进一步改进工作，作了一定的理论铺垫。