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尖拱类弹丸侵彻水沙介质理论分析与数值模拟

路中华  
【摘要】: 本文以一种海边作战武器引信对目标特性的识别为背景,从理论分析和数值模拟两方面,研究了探头-尖拱弹丸侵彻水沙介质的过载问题,该方法适用于一般尖拱类弹丸侵彻问题的分析。 在理论分析方面,文中首先提出了一个描述尖拱类弹丸侵彻性能的无量纲头形系数从,该系数适用于卵形、锥形、平头和截头弹丸。试验数据证实,用系数N_L修正的Forrestal侵彻模型比原模型的适用范围广泛,并且不依赖于任何经验参数。另外,本文还基于球形空腔膨胀理论,推导了一般弹丸侵彻沙介质的阻力方程,该方程尤其适用于复杂头形弹丸侵彻土壤及沙介质的分析,经过一定变换,还可用于岩石和混凝土等介质的侵彻分析。在此基础上,编制了相应的计算程序P2G。然后,将头形系数N_L应用于具体探头-尖拱弹丸,用附加质量法求解了弹丸撞水的过载曲线;并分别用经过从修正的Forrestal模型和程序P2G分析了该弹丸侵彻沙介质的过载情况。 在数值模拟方面,本文应用非线性动力学分析软件LS-DYNA3D,用ALE算法及自适应网格技术,模拟了探头-尖拱弹丸侵彻水沙介质时水的飞溅和沙的变形,并得到了相应的弹丸过载曲线。 比较表明,理论分析和数值模拟的结果基本一致。若能进一步开展试验研究工作,即可建立更为准确的物理及力学模型,提高理论分析与实际应用相结合的水平。 最后从实际需要出发,以数值模拟为主,结合程序P2G,简单分析了探头长度的变化对探头-尖拱弹丸侵彻水沙介质过载曲线的影响。


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