柱形殼體內(nèi)裝藥的殺傷破片戰(zhàn)斗部仍然是打擊空中目標(biāo)最有效的戰(zhàn)斗部之一,偏心起爆式破片戰(zhàn)斗部是一種典型的定向戰(zhàn)斗部,其將傳統(tǒng)破片戰(zhàn)斗部中中心軸線布置的起爆點(diǎn)偏置,通過(guò)這種偏心起爆方式改變了炸藥能量的輸出特性,從而增加特定方向上的破片初速和數(shù)量,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高效毀傷。本文采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,針對(duì)鋼制柱形殼體在不同偏心起爆條件下的初速周向、軸向分布特性、破片的軸向飛散偏轉(zhuǎn)特性以及殼體動(dòng)態(tài)破碎的環(huán)周分裂特性進(jìn)行了研究。主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作:首先,基于廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法基本原理,推導(dǎo)了二維和三維條件下的控制方程和離散格式,給出了數(shù)值模擬中所涉及到的材料模型和相關(guān)的函數(shù)模型以及基于OpenMP的并行策略,并編寫(xiě)了相應(yīng)的計(jì)算程序,進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)試工作。分別針對(duì)平面對(duì)稱、軸對(duì)稱和三維條件下的殼體的動(dòng)態(tài)飛散問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,并通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果與理論和試驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證的方式,驗(yàn)證了物質(zhì)點(diǎn)法程序計(jì)算柱形戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)破片動(dòng)態(tài)飛散問(wèn)題的精度,討論了該算法對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的模擬具備良好的優(yōu)勢(shì)。第二,利用一維拋射理論得到了柱形殼體內(nèi)爆炸條件下的壁面壓力隨時(shí)間變化的關(guān)系,在考慮爆轟波對(duì)密實(shí)介質(zhì)斜沖擊現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了單點(diǎn)偏心起爆條件下、有限周向角內(nèi)的破片初速計(jì)算的理論公式。利用數(shù)值模擬和格尼初速公式對(duì)理論公式進(jìn)行了標(biāo)定,進(jìn)而利用該公式計(jì)算得到了單點(diǎn)偏心起爆條件下破片初速的最大增益系數(shù)與載荷系數(shù)的關(guān)系,并分析了單點(diǎn)偏心起爆條件下的破片沿周向的飛散特性。第三,利用爆轟波的碰撞疊加原理,對(duì)兩點(diǎn)對(duì)稱偏心起爆時(shí)的殼體驅(qū)動(dòng)過(guò)程機(jī)理進(jìn)行了研究,提出了兩點(diǎn)對(duì)稱偏心起爆時(shí)馬赫波加載區(qū)域內(nèi)的破片初速估算方法。然后,基于理論和數(shù)值模擬分析,提出了兩點(diǎn)對(duì)稱偏心起爆時(shí)破片初速的計(jì)算公式。該式考慮了起爆點(diǎn)之間的夾角和載荷系數(shù)的影響,實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)周向范圍內(nèi)破片初速的預(yù)測(cè)。第四,基于破片的指數(shù)型加速模型,建立了殼體加速過(guò)程的特征加速時(shí)間的計(jì)算公式,該公式考慮了載荷系數(shù)、裝藥直徑、起爆方式以及軸向稀疏波效應(yīng)的影響�；谠撌胶虲hou提出的破片飛散偏轉(zhuǎn)的理論模型,建立了破片飛散偏轉(zhuǎn)角的完整公式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)柱形戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)破片飛散偏轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確預(yù)測(cè),并對(duì)中心起爆時(shí)破片初速的軸向分布公式進(jìn)行了修正。此外,針對(duì)偏心單(兩)點(diǎn)起爆和單(兩)線起爆方式條件下的殼體初速分布特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,分析了二者之間的差異,并對(duì)本文建立的兩點(diǎn)對(duì)稱起爆時(shí)的初速工程公式在三維條件下的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了討論和分析。最后,利用破片的指數(shù)加速模型,提出了殼體的破裂半徑和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變率的估算方法,并利用圓環(huán)破碎的經(jīng)典公式得到了殼體動(dòng)態(tài)破碎環(huán)周分裂數(shù)和平均破片長(zhǎng)度的計(jì)算公式。運(yùn)用該公式對(duì)偏心起爆條件下的環(huán)周分裂數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算,并將Stochastic隨機(jī)破碎模型引入計(jì)算程序?qū)ζ鋭?dòng)態(tài)破碎進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,討論和分析了偏心起爆時(shí)的殼體環(huán)周分裂特性。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TJ410
【部分圖文】：

它是一種典型的定向戰(zhàn)斗部，通過(guò)對(duì)起爆方式的控制來(lái)調(diào)節(jié)爆轟波能量的輸出特性，增加特定方向上的破片初速。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)而引起了廣泛的關(guān)注。圖1.1所示的是偏心戰(zhàn)斗部的原理圖，其通過(guò)彈藥制導(dǎo)引信對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行識(shí)別，然后起爆距目標(biāo)較遠(yuǎn)的起爆裝置，當(dāng)戰(zhàn)斗部偏心起爆后，將在目標(biāo)方向上產(chǎn)生相對(duì)于其它方向上更大的破片初速，因此其破片沿周向呈現(xiàn)近似橢圓形的分布，如圖1.2所示，其1

所示的是偏心戰(zhàn)斗部的原理圖，其通過(guò)彈藥制導(dǎo)引信對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行識(shí)別，然后起爆距目標(biāo)較遠(yuǎn)的起爆裝置，當(dāng)戰(zhàn)斗部偏心起爆后，將在目標(biāo)方向上產(chǎn)生相對(duì)于其它方向上更大的破片初速，因此其破片沿周向呈現(xiàn)近似橢圓形的分布，如圖1.2所示，其1

的輔助節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)時(shí)間步結(jié)束后，背景網(wǎng)格的變形將被拋棄重置，也就是說(shuō)背景網(wǎng)格在整個(gè)運(yùn)算過(guò)程中并不發(fā)生運(yùn)動(dòng)，類(lèi)似于歐拉算法的固定網(wǎng)格。物質(zhì)點(diǎn)法中一般采用結(jié)構(gòu)化的規(guī)則網(wǎng)格，圖2.1所示的是物質(zhì)點(diǎn)法在二維條件下的離散示意圖。在物質(zhì)點(diǎn)法的計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)質(zhì)點(diǎn)與背景網(wǎng)格之間的信息來(lái)回映射，避免了歐拉法中的對(duì)流和拉格朗日算法中的網(wǎng)格畸變問(wèn)題，成功的結(jié)合了這兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于處理大變形問(wèn)題有著天然的優(yōu)勢(shì)[131, 132]。圖2.1物質(zhì)點(diǎn)法離散示意圖15
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2891499