發(fā)布時(shí)間：2020-10-10 17:57

　　 彈丸侵徹和裝甲防護(hù)是軍工領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)課題,可靠預(yù)測(cè)侵徹效果、提高侵徹能力始終是常規(guī)武器研究中的核心。處于低速或高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的艦船、坦克、汽車、飛機(jī)等物體的運(yùn)動(dòng)對(duì)彈丸的侵徹性能、毀傷效果、姿態(tài)等具有較大的影響。彈丸侵徹是個(gè)十分復(fù)雜的物理過(guò)程,材料在強(qiáng)沖擊載荷作用下會(huì)產(chǎn)生超大變形、破碎、斷裂等現(xiàn)象,給數(shù)值模擬帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。物質(zhì)點(diǎn)法是一種新的無(wú)網(wǎng)格法,兼具歐拉法和拉格朗日法二者的優(yōu)點(diǎn),在處理大變形、不連續(xù)性問(wèn)題、材料破損以及斷裂等問(wèn)題時(shí),能避免因有限元網(wǎng)格畸變而無(wú)法重新劃分網(wǎng)格以及導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算無(wú)法繼續(xù)的矛盾。本文以物質(zhì)點(diǎn)法為研究手段,針對(duì)靶板橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)不同頭部形狀彈丸侵徹效應(yīng)問(wèn)題,開(kāi)展了基于物質(zhì)點(diǎn)法彈丸侵徹運(yùn)動(dòng)靶過(guò)程的仿真研究。利用加權(quán)余量法推導(dǎo)出物質(zhì)點(diǎn)法控制方程的弱形式,建立了侵徹問(wèn)題的物質(zhì)點(diǎn)法求解格式,給出了顯式物質(zhì)點(diǎn)法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并利用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)了用于研究彈丸侵徹過(guò)程的物質(zhì)點(diǎn)法程序。運(yùn)用程序分別對(duì)超高速碰撞以及彈丸貫穿靜止薄、厚靶板等算例進(jìn)行了仿真研究,并將其計(jì)算結(jié)果與已有文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有限元軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可知,物質(zhì)點(diǎn)法模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)和有限元軟件計(jì)算結(jié)果吻合較好。表明物質(zhì)點(diǎn)法在模擬侵徹問(wèn)題上的有效性和適用性。為分析彈丸侵徹運(yùn)動(dòng)靶過(guò)程中侵徹毀傷效應(yīng)的影響規(guī)律,基于物質(zhì)點(diǎn)法分別從彈丸垂直侵徹和斜侵徹兩種情況對(duì)不同頭部形狀彈丸侵徹運(yùn)動(dòng)靶的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。在彈丸垂直侵徹運(yùn)動(dòng)靶的模擬中,分別分析了靶速、攻角對(duì)平頭彈、球形彈、卵形彈侵徹效應(yīng)的影響;對(duì)比了三者在相同工況下的侵徹毀傷效應(yīng)。在斜侵徹運(yùn)動(dòng)靶的模擬中,分析了彈速、彈靶的速度比、彈丸長(zhǎng)徑比、傾角等因素對(duì)彈丸剩余速度以及靶板毀傷面積的影響規(guī)律;分析了平頭彈、球形彈、卵形彈的跳彈規(guī)律,得出跳彈臨界角。結(jié)果表明:無(wú)攻角時(shí),靶速越大,靶板毀傷效應(yīng)越好,且卵形彈的毀傷效果最好,有攻角條件下,當(dāng)攻角一定時(shí),靶速越大,靶板毀傷效應(yīng)越差,彈丸侵徹能力越好,攻角在左右,侵徹能力最好,攻角角度較大時(shí),卵形彈的速度損失最大;彈靶的速度比越大,靶板的運(yùn)動(dòng)對(duì)彈丸侵徹作用影響越弱;彈丸長(zhǎng)徑比等于10時(shí),彈丸侵徹能力最好;傾角越大,彈丸速度損失量越大,且卵形彈速度降幅最大;跳彈臨界角隨彈丸初速度的增大而增大,卵形彈的跳彈臨界角最小。本文的研究為打擊運(yùn)動(dòng)目標(biāo)以及彈丸頭部形狀設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TJ410
【部分圖文】：

?洳喚黿鲇τ糜誥?鋁煊潁?綞宰凹?jí)训、?�、逢@で?圖1.1 所示)以及地下目標(biāo)等進(jìn)行打擊；如今也廣泛應(yīng)用于飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的防護(hù)(圖1.2 所示)、航天器的防護(hù)、車輛的碰撞、輪船之間以及輪船和橋梁之間的相互撞擊、核反應(yīng)堆外殼的防護(hù)等諸多非軍事領(lǐng)域。因而，至今仍是研究熱點(diǎn)之一[1-4]。圖 1.1 彈丸穿甲示意圖 圖 1.2 鳥(niǎo)撞示意圖彈丸侵徹和裝甲防護(hù)這對(duì)相互制約的矛盾總是交替出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)中。一方面，裝甲材料和技術(shù)取得不斷突破，由均質(zhì)裝甲向復(fù)合裝甲、模塊化裝甲等高性能方向發(fā)展，裝甲防護(hù)性能得到了顯著地提高，傳統(tǒng)的反坦克武器面對(duì)新型特種防護(hù)裝備時(shí)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而另一方面，隨著高超音速武器的問(wèn)世以及技術(shù)的不斷成熟，在其強(qiáng)大的動(dòng)能下可輕易擊破防空系統(tǒng)，對(duì)裝甲坦克進(jìn)行毀滅性打擊。在武器裝備的不斷更新?lián)Q代以及新型武器的研發(fā)趨勢(shì)下，只有對(duì)彈丸侵徹過(guò)程和靶體特性進(jìn)行全面研究，才能有效指導(dǎo)武器設(shè)計(jì)、裝甲防護(hù)方式的設(shè)計(jì)以及檢驗(yàn)新型武器的侵徹能力和防護(hù)能力。由于彈丸侵徹包含復(fù)雜的物理過(guò)程，其涉及到多個(gè)學(xué)科知識(shí)以及受彈、靶自身諸多因素的影響，若想通過(guò)試驗(yàn)對(duì)侵徹問(wèn)題進(jìn)行全面透徹的研究，則需要消耗大量的資源；并因受實(shí)驗(yàn)技術(shù)的限制以及物理現(xiàn)象本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致對(duì)其機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入，因此必須借助數(shù)值模擬進(jìn)行分析。隨著計(jì)算機(jī)硬件以及數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，且因數(shù)值模擬具有快捷、安全、低成本等優(yōu)勢(shì)，促使其成為研究侵徹問(wèn)題的一個(gè)重要手段。到目前為止，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在侵徹靜止靶領(lǐng)域[5-7]，對(duì)侵徹運(yùn)動(dòng)靶問(wèn)

喚黿鲇τ糜誥?鋁煊潁?綞宰凹?jí)训、?�、逢@で?圖1.1 所示)以及地下目標(biāo)等進(jìn)行打擊；如今也廣泛應(yīng)用于飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的防護(hù)(圖1.2 所示)、航天器的防護(hù)、車輛的碰撞、輪船之間以及輪船和橋梁之間的相互撞擊、核反應(yīng)堆外殼的防護(hù)等諸多非軍事領(lǐng)域。因而，至今仍是研究熱點(diǎn)之一[1-4]。圖 1.1 彈丸穿甲示意圖 圖 1.2 鳥(niǎo)撞示意圖彈丸侵徹和裝甲防護(hù)這對(duì)相互制約的矛盾總是交替出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)中。一方面，裝甲材料和技術(shù)取得不斷突破，由均質(zhì)裝甲向復(fù)合裝甲、模塊化裝甲等高性能方向發(fā)展，裝甲防護(hù)性能得到了顯著地提高，傳統(tǒng)的反坦克武器面對(duì)新型特種防護(hù)裝備時(shí)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而另一方面，隨著高超音速武器的問(wèn)世以及技術(shù)的不斷成熟，在其強(qiáng)大的動(dòng)能下可輕易擊破防空系統(tǒng)，對(duì)裝甲坦克進(jìn)行毀滅性打擊。在武器裝備的不斷更新?lián)Q代以及新型武器的研發(fā)趨勢(shì)下，只有對(duì)彈丸侵徹過(guò)程和靶體特性進(jìn)行全面研究，才能有效指導(dǎo)武器設(shè)計(jì)、裝甲防護(hù)方式的設(shè)計(jì)以及檢驗(yàn)新型武器的侵徹能力和防護(hù)能力。由于彈丸侵徹包含復(fù)雜的物理過(guò)程，其涉及到多個(gè)學(xué)科知識(shí)以及受彈、靶自身諸多因素的影響，若想通過(guò)試驗(yàn)對(duì)侵徹問(wèn)題進(jìn)行全面透徹的研究，則需要消耗大量的資源；并因受實(shí)驗(yàn)技術(shù)的限制以及物理現(xiàn)象本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致對(duì)其機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入，因此必須借助數(shù)值模擬進(jìn)行分析。隨著計(jì)算機(jī)硬件以及數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，且因數(shù)值模擬具有快捷、安全、低成本等優(yōu)勢(shì)，促使其成為研究侵徹問(wèn)題的一個(gè)重要手段。到目前為止，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在侵徹靜止靶領(lǐng)域[5-7]

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文論從數(shù)量上還是深度上都比較有限，而在實(shí)際環(huán)境中，作、坦克、汽車、飛機(jī)等往往是處于低速或高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不動(dòng)的，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)對(duì)彈丸的侵徹性能、毀傷效果、姿態(tài)為突出，是不可忽略的因素。另外，在應(yīng)用于侵徹領(lǐng)域的數(shù)學(xué)者仍主要采用 LS-DYNA[8]、ABAQUS[9]、AUTOD有限元法獲得了巨大的發(fā)展，算法也比較成熟，能夠很好泛地應(yīng)用于工程領(lǐng)域；但因其依賴于網(wǎng)格，導(dǎo)致生成網(wǎng)格等；在求解大變形問(wèn)題時(shí)，還存在網(wǎng)格畸變[10](圖 1.3 所影響計(jì)算效率和計(jì)算精度，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，這就需不斷地重劃分網(wǎng)格不僅會(huì)造成計(jì)算量大幅增加甚至難以進(jìn)，并且復(fù)雜三維問(wèn)題的六面體網(wǎng)格重劃分技術(shù)仍不成熟。及到強(qiáng)非線性，材料會(huì)出現(xiàn)超大變形、破碎，甚至相變、帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
【參考文獻(xiàn)】

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1 朱建方;王偉力;曾亮;;反艦導(dǎo)彈動(dòng)能穿甲效應(yīng)中傾角的影響[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2009年05期

2 馬上;張雄;;聚能裝藥射流形成的自適應(yīng)物質(zhì)點(diǎn)法模擬[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

3 張雄;劉巖;馬上;;無(wú)網(wǎng)格法的理論及應(yīng)用[J];力學(xué)進(jìn)展;2009年01期

4 ;Three-Dimensional Multi-mesh Material Point Method for Solving Collision Problems[J];Communications in Theoretical Physics;2008年05期

5 王宇新;陳震;孫明;;多相介質(zhì)爆炸沖擊響應(yīng)物質(zhì)點(diǎn)法數(shù)值模擬[J];爆炸與沖擊;2008年02期

6 王津龍;劉天云;張楚漢;;堆石體柱狀試件成型過(guò)程的材料點(diǎn)法仿真[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年12期

7 張雄,宋康祖,陸明萬(wàn);無(wú)網(wǎng)格法研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2003年06期

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3 黃鵬;金屬及巖土沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的物質(zhì)點(diǎn)法研究[D];清華大學(xué);2010年

4 張忠;固體炸藥沖擊起爆的物質(zhì)點(diǎn)法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

5 李小林;基于邊界積分方程的Galerkin無(wú)網(wǎng)格方法[D];重慶大學(xué);2009年

6 何濤;動(dòng)能彈在不同材料靶體中的侵徹行為研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2835399