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高速弹丸冲击下油箱动态响应的数值模拟

专 业: 固体力学
关键词: 子弹撞击 穿透 油箱 流固耦合 有限单元法
分类号: V22  V271.4
形 态: 共 67 页 约 43,885 个字 约 2.099 M内容
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内容摘要


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..……

全文目录


摘要
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 研究背景
1.3 研究现状
1.4 本文的研究内容
第二章 动态冲击问题的有限元数值分析理论
2.1 结构动力方程和非线性有限元控制方程
2.1.1 流体方程的有限元数值解法
2.1.2 流体—结构耦合有限元方程
2.2 接触—碰撞问题的有限元理论
2.2.1 接触界面与非嵌入条件
2.2.2 接触面力条件
2.2.3 对称罚函数法算法的有限元实现
2.3 高速撞击中的非线性分析
2.3.1 油箱壁板的非线性特性
2.3.2 材料非线性问题的材料模型
2.3.3 几何非线性问题的有限元分析
第三章 MSC.Dytran的高速撞击分析原理
3.1 高速撞击中有限元控制方程
3.2 空间有限元离散化
3.3 时间积分和时间步长控制
第四章 高速撞击中充液油箱动态响应的模拟
4.1 高速撞击的计算模型
4.1.1 网格划分
4.1.2 接触和耦合关系的设定
4.1.3 破坏准则
4.1.4 材料模型
4.1.5 最小时间步长
4.2 高速撞击数值模拟的结果
4.2.1 弹体材料模型的选择对计算结果的影响算例1、2
4.2.2 箱体中心接触区域网格大小对计算结果的影响算例2~4
4.2.3 子弹撞击充液箱体和空箱箱体动态响应比较算例2、5
4.2.4 弹头速度对充液箱体动态响应的影响算例5、6
4.2.5 弹头形状对充液箱体动态响应的影响算例5、7
4.2.6 子弹入射角度对充液箱体动态响应的影响算例5、8
本章小结
第五章 工作总结和展望
5.1 工作总结
5.2 论文的特色
5.3 工作展望
参考文献

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中图分类: > V22 > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计
其他分类: > V271.4 > 航空、航天 > 航空 > 各类型航空器 > 飞机

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