沖擊波形發(fā)生器侵徹過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、課題以某“十二五”科研項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金(No.11172139)為背景，通過建立彈丸侵徹過程的有限元模型，研究了緩沖材料類型、材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)對彈丸沖擊加速度的影響規(guī)律，并使用多目標(biāo)遺傳算法對彈丸沖擊加速度波形進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以此獲得滿足一定脈沖寬度和幅值的彈丸半正弦緩沖波形。
　　通過閱讀大量文獻(xiàn)深入分析了混凝土、蜂窩鋁與泡沫鋁等緩沖材料的力學(xué)特性和彈丸沖擊這些材料的侵徹機(jī)理。針對本課題的研究需求，為獲得強(qiáng)沖擊、寬脈沖的半正弦

2、沖擊波形，選擇泡沫鋁材料作為彈丸侵徹過程中的緩沖材料。
　　利用分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)（SHPB）分析了不同孔隙率的泡沫鋁材料在不同應(yīng)變率條件下的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，孔隙率參數(shù)對泡沫鋁材料的平臺應(yīng)力、彈性模量與屈服強(qiáng)度均有顯著影響;不同孔隙率泡沫鋁的應(yīng)變率敏感性不同，孔隙率高的泡沫鋁表現(xiàn)出應(yīng)變率不敏感性，但應(yīng)變率對低孔隙率泡沫鋁材料的影響較大，應(yīng)變率的增大會(huì)提高低孔隙率泡沫鋁的屈服強(qiáng)度。
　　從理論分析、實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)

3、值計(jì)算三種方法研究了彈丸沖擊侵徹泡沫鋁靶板的過程。建立了錐形頭彈丸與平頭彈丸垂直沖擊侵徹半無限泡沫鋁靶板的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了不同侵徹階段的阻力公式，得到了計(jì)算最大侵深和侵徹時(shí)間的公式。通過彈丸沖擊泡沫鋁介質(zhì)的空氣炮試驗(yàn)，測量了彈丸在侵徹泡沫鋁過程的沖擊加速度信號，分析了彈丸沖擊的加速度-時(shí)間曲線。建立了彈丸侵徹泡沫鋁靶板的有限元模型，利用LS-DYNA軟件作為求解器對彈丸侵徹過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對比，驗(yàn)證了仿真模型

4、的可靠性。研究了彈丸、泡沫鋁的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對沖擊響應(yīng)的影響。特別是對沖擊過程中彈丸加速度峰值、脈寬及加速度波形的影響。研究發(fā)現(xiàn)彈頭形狀對沖擊波形有顯著影響，泡沫鋁孔隙率、靶板厚度、彈丸速度及彈丸質(zhì)量對加速度峰值和脈寬有較大影響。
　　運(yùn)用參數(shù)化建模方法在ANSA軟件中建立彈丸侵徹泡沫鋁靶板的參數(shù)化模型，在ISIGHT優(yōu)化平臺上集成ANSA前處理軟件、LS-DYNA求解器與META后處理器，使用NSGA-II算法對彈丸沖擊加速度的