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高速飞行离散杆动力学特性及对目标的侵彻效应

蔡中兵  
【摘要】: 本文主要研究了高速飞行的离散杆对典型金属靶板的侵彻效应,探讨了离散杆空中飞行过程中杆的弹性变形和空气阻力效应,选取合理的毁伤模型和计算方法,应用大型非线性动力有限元分析软件LS-DYNA,对离散杆侵彻典型金属靶板的过程进行数值仿真研究。 运用空气动力学的知识,得到杆的各个空气动力系数的理论表达式,并利用等熵原理、附面层理论以及平面超音速绕流等相关理论,得到了中间系数的表达式,进而求出高速离散杆飞行时的阻力和阻力矩,从而为研究高速飞行离散杆的空中飞行状态奠定了空气动力学基础。 运用振动理论的相关知识,对离散杆空中飞行过程中杆的弹性变形进行研究,结果得出,弹性变形会使杆的空气阻力发生改变,进而对杆的运动过程产生影响;取45度斜杆为例,定量分析了杆飞行过程的弹性变形对运动的影响。计算结果表明,杆的弹性变形对运动的影响较小,在主要关心杆、靶侵彻的问题时,可以忽略杆的弹性变形。 通过对离散杆对金属靶板侵彻的仿真研究表明,高速飞行的细长杆可以从不同角度穿透靶板,形成不同程度的毁伤。侵彻过程呈现复杂的塑性应力波的传播方式,导致形成不规则的毁伤面和杆的复杂破碎状况。对各侵彻参数的研究可以看出,材料性能和空气阻力对侵彻效果影响较小,而初始速度、靶板厚度以及侵彻角度对侵彻效果的影响比较明显。而对毁伤效果的评估则需综合考虑杆的剩余动能、靶板的质量损失,破口面积和塑性变形区等多项因素。


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