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高速弹丸冲击下油箱动态响应的数值模拟

陈钢  
【摘要】:在众多的飞机易损部件和结构中,机翼油箱暴露于火力威胁的易损面积最大。为了设计具有高生存力的油箱结构,就需要研究油箱体在穿甲弹体或爆炸弹片撞击下的响应与破坏模式。本文利用大型非线性动力学有限元程序MSC.Dytran对充液箱体在弹丸高速撞击下的动态响应和破坏过程进行有限元数值模拟。 作为算例,充液箱体材料为2024-T351铝合金,子弹材料为4340钢,采用弹塑性(DMAT)几何变形模式和Johnson—Cook屈服模式。在模型中设定长方形箱体为Lagrange体,长方形液体(比箱体略大)为Euler体。综合考虑子弹与箱体的接触、几何非线性变形、应变破坏准则、子弹与液体以及箱体和液体的流固耦合。 通过计算,得到了充液油箱在高速撞击下的应力、应变和子弹速度随时间变化的情况以及子弹击穿孔附近的变形过程,并和同样初始条件下空箱的计算结果进行了对比。给出了同一模型在两种不同子弹初速度、两种不同子弹形状以及子弹正射和斜射下箱体的动态响应。 计算结果表明,对两种状态箱体(充液和空箱),壁板上弹孔附近的变形特点不同,充液箱体中流固耦合的作用显著提高了箱体的应力应变水平,增加了结构全面破坏的危险性;对于两种初速度的子弹(1360m/s和680m/s),前者能使液体产生更大的压力脉冲,增加结构的损伤;半球头子弹直射在前壁板比圆柱形子弹对箱体壁板破坏程度和破坏影响的范围更大;子弹与前壁板呈60°入射时,在前壁板产生的应力应变与直射时没有较大的差异;但在与后壁板的撞击中,斜射的子弹会增加箱体壁板破坏程度和高应力影响的范围。


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