為了為某外貿(mào)迫擊炮彈通用觸發(fā)引信設(shè)計提供參數(shù)參考,運用非線性有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對引信隔爆狀態(tài)下的安全性、迫擊炮彈對土壤的侵徹規(guī)律和迫擊炮彈對水面射擊時彈頭引信前沖過載規(guī)律問題進行了仿真研究,得到了不同威力雷管爆炸時引信隔爆安全距離、迫擊炮彈在土壤中運動軌跡和迫擊炮彈對土壤以及水面射擊時引信前沖過載規(guī)律。通過對不同裝藥密度和藥量雷管在隔爆位置爆炸過程進行數(shù)值模擬,得到了不同威力雷管爆炸時對引信體的沖擊規(guī)律。雷管爆炸時會對周圍的約束產(chǎn)生強烈的沖擊作用,表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子上雷管孔徑顯著增大,雷管上方蓋板也發(fā)生巨大變形,但引信體無明顯結(jié)構(gòu)破壞,也無破片產(chǎn)生和飛出。雷管的爆炸產(chǎn)生的能量有一部分是消耗在了對周圍約束體的膨脹做功方面。不同威力雷管會有不同的隔爆安全距離,通過仿真計算得到了四種威力的雷管對應(yīng)的隔爆安全距離。通過對迫擊炮彈以10種落角、不同著速侵徹半無限厚土壤進行仿真計算,得到了迫擊炮彈在土壤中運動軌跡及其引信前沖過載規(guī)律。隨著落角、著速的變化,彈丸會產(chǎn)生不同的跳彈情況。在同一著速下,落角越小,彈丸越容易發(fā)生跳彈現(xiàn)象,落角越大,彈丸對土壤的侵徹深度越大。同一落角下,彈丸在土壤中的侵徹行程隨著速的增大而增大。彈丸引信在不同落角時加速度變化趨勢大體相同,都是隨著彈體的侵入土壤先變大達到峰值后再減小,峰值約為1000g～14000g,其達到最大過載值的時刻約為1～4 ms。通過對迫擊炮彈以不同著速、不同落角對水面射擊時的過程進行數(shù)值模擬,得到了迫擊炮彈對水面射擊時引信的正面水壓以及前沖過載規(guī)律。迫擊炮彈撞擊水面瞬間其頭部會受到巨大的沖擊壓力,入水時的著速不同,其受到的壓力峰值也會不同。當(dāng)著速為150 m/s-300 m/s時,其受到的壓力峰值最大可達0.43 GPa。彈丸侵徹入水時,同一落角下,著速越大,其引信的前沖過載數(shù)值也越大；同一著速下,落角越大前沖過載數(shù)值越大。通過研究彈丸對水面射擊引信前沖過載規(guī)律可知,彈丸前沖過載與彈丸著速的二次方成正比例關(guān)系,與彈丸入水沖擊時的落角成正弦函數(shù)關(guān)系。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TJ431
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外迫擊炮彈引信研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外迫擊炮彈引信發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)迫擊炮彈引信發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 國內(nèi)外引信隔爆安全性研究現(xiàn)狀
        1.3.1 引信隔爆安全性
        1.3.2 典型的隔爆機構(gòu)
        1.3.3 隔爆安全性研究現(xiàn)狀
    1.4 彈丸對土壤的侵徹問題研究現(xiàn)狀
    1.5 彈丸碰擊水面問題研究現(xiàn)狀
    1.6 本文主要研究內(nèi)容
2 引信隔爆安全性仿真研究
    2.1 引言
    2.2 引信雷管基本知識
        2.2.1 針刺雷管
        2.2.2 火焰雷管
        2.2.3 沖擊片雷管
    2.3 雷管作用機理
        2.3.1 雷管炸藥種類
        2.3.2 炸藥的反應(yīng)過程
        2.3.3 理想爆轟條件下的爆速
        2.3.4 沖擊波在介質(zhì)中傳播特性
    2.4 炸藥的沖擊起爆判據(jù)
    2.5 引信隔爆安全性模型建立
        2.5.1 問題描述
        2.5.2 雷管炸藥量的確定
        2.5.3 有限元模型
        2.5.4 材料選擇
    2.6 雷管爆炸對引信體強度的影響
        2.6.1 雷管爆炸過程
        2.6.2 雷管爆炸后引信體的變形
        2.6.3 引信中其它零件變形情況
    2.7 隔爆狀態(tài)下雷管爆炸對導(dǎo)爆管的影響
        2.7.1 幾何模型分析
        2.7.2 仿真結(jié)果分析
    2.8 本章小結(jié)
3 迫擊炮彈對土壤目標(biāo)侵徹規(guī)律仿真研究
    3.1 引言
    3.2 彈丸侵徹土壤原理
        3.2.1 運動條件
        3.2.2 彈丸結(jié)構(gòu)
        3.2.3 侵徹介質(zhì)對彈丸的阻力
        3.2.4 彈丸在介質(zhì)中的運動方程
        3.2.5 空腔膨脹理論
    3.3 有限元模型
        3.3.1 有限元幾何模型
        3.3.2 材料模型
    3.4 仿真結(jié)果及分析
        3.4.1 迫擊炮彈侵徹土壤的軌跡
        3.4.2 迫擊炮彈侵徹土壤引信前沖過載
    3.5 本章小結(jié)
4 迫擊炮彈對水面射擊時引信過載規(guī)律研究
    4.1 引言
    4.2 流固耦合方法
    4.3 任意拉格朗日-歐拉算法(ALE)理論
        4.3.1 基本控制方程
        4.3.2 材料時間導(dǎo)數(shù)
    4.4 彈丸入水理論
        4.4.1 平板垂直入水沖擊載荷
        4.4.2 彈丸入水運動方程
    4.5 彈丸入水沖擊模型建立
        4.5.1 彈丸入水過程分析
        4.5.2 研究問題描述
        4.5.3 有限元模型
        4.5.4 材料模型
    4.6 計算結(jié)果及分析
        4.6.1 仿真結(jié)果可信性驗證
        4.6.2 水域的濺射效應(yīng)及空泡現(xiàn)象
        4.6.3 彈丸引信部分前沖過載
        4.6.4 彈丸速度衰減規(guī)律
    4.7 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 主要研究內(nèi)容及結(jié)論
    5.2 需要進一步探討的問題
致謝
參考文獻
附錄

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本文編號：2839221