某弹丸结构强度仿真分析

基于SPH方法的弹丸侵彻仿真分析
徐兵;崔思婕;徐敏捷
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2016(029)006
【摘要】借助于SPH数值仿真算法，对弹丸侵彻钢板问题进行了专门研究。

研究中采用SPH算法和有限元算法对比分析的方式，对两种不同速度条件下的侵彻问题做了仿真分析。

分析完成后从物理现象和时程曲线角度对不同条件下的结果做了对比分析，发现：两种算法都能够用来分析侵彻问题，并且在对速度分析上的结果及其变化规律具有一致性；但是，SPH算法比有限元方法更能真实的反映侵彻过程中物料飞溅的物理现象，其中伴随冲击速度的增大，物料飞溅程度和薄板变形增大。

【总页数】3页(P108-110)
【作者】徐兵;崔思婕;徐敏捷
【作者单位】盐城工学院，江苏盐城 224051;盐城工学院，江苏盐城 224051;盐城工学院，江苏盐城 224051
【正文语种】中文
【中图分类】O4-39
【相关文献】
1.模拟刚性动能弹丸侵彻混凝土的FE-SPH方法 [J], 蔡清裕;崔伟峰;向东;曾新吾
2.基于 DYNA 的柔性钨芯弹丸侵彻钢板仿真分析 [J], 李翔飞;杨臻;张成卿;朱延飞
3.基于SPH方法的聚能射流侵彻混凝土靶板数值模拟 [J], 强洪夫;范树佳;陈福振;刘虎
4.球形弹丸侵彻明胶数值仿真分析 [J], 罗少敏;黄拱武;陈爱军
5.球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析 [J], 刘昕;邓勇军;彭芸;姚勇
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某制导炮弹尾段壳体发射强度仿真宋勇;陶苑;李昌坤;罗文建;肖秀友【摘要】充分利用UG三维建模功能和ANSYS仿真功能,建立了某制导炮弹尾段壳体的有限元模型,仿真计算弹体在受到最大膛压260MPa时,并在高转速的情况下,弹体尾段壳体处应力、应变分布情况,为某制导炮弹尾段壳体结构设计和优化提供依据,以达到减少试验费用,缩短研制周期的目的.【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2013(033)001【总页数】3页(P87-88,92)【关键词】制导炮弹;有限元模型;仿真计算【作者】宋勇;陶苑;李昌坤;罗文建;肖秀友【作者单位】中国兵器工业第59研究所,重庆400039;南京理工大学机械工程学院,南京210094;中国兵器工业第59研究所,重庆400039;中国兵器工业第59研究所,重庆400039;南京理工大学机械工程学院,南京210094;中国兵器工业第59研究所,重庆400039;中国兵器工业第59研究所,重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TJ413.60 引言早期弹药研制受条件限制，通常采用“画+打”的形式，即在结构设计完之后，采用工程算法进行校核，然后通过试验验证，一般需要较长的研制周期和大量的研制经费。

随着战争多元化的发展，对武器弹药的功能和性能提出了更高的要求，因此，弹药的结构也越加复杂，受力也较复杂，设计过程通过工程算法很难或无法计算。

随着科学技术的发展，数值仿真技术发展的越加成熟，人们结合试验结果逐渐完善仿真软件中的算法，使仿真结果越来越与现实试验情况相符合。

在国外，CAE技术已广泛应用于弹药设计领域，据统计，应用仿真软件指导产品设计可提高产品质量5～15倍，增加材料利用率25%，降低工程技术成本13% ～30%，降低人工成本5% ～20%，缩短产品设计试制周期30% ～60%，增加分析问题广度和深度的能力3～3.5 倍。

文中应用UG三维建模软件对某制导炮弹全弹实体建模，然后把模型导入仿真软件ANSYS Work-Bench中进行强度分析，通过设定模型材料属性、离散模型、选择分析类型、添加约束、施加外力、选择求解类型，最后求解即可得到全弹的应力、应变分布情况，可以为全弹提供直观的设计参考。

球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析刘 昕1，邓勇军1,2*，彭 芸1，姚 勇1,2（1. 西南科技大学 土木工程与建筑学院； 2. 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室：绵阳 621000）摘要：低地球轨道航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击。

相较于正撞击，斜撞击现象更加普遍、更具研究价值。

文章采用Autodyn-3D 数值模拟软件，利用光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics, SPH ）方法，模拟Al2017-T4球形弹丸超高速斜撞击Al2A12薄板的过程，开展弹丸撞击速度为3～6 km/s 、撞击角度为0°～60°时的撞击特征仿真分析。

结果表明：撞击角度对碎片云形貌与几何尺寸，以及穿孔大小和形状特征有显著影响；当撞击角度为30°～45°时会发生滑弹反溅现象，造成弹丸侵彻能力下降。

研究结果可为超高速撞击防护结构的设计和改进提供支持。

关键词：空间碎片；球形弹丸；斜撞击；应力波传播；碎片云；仿真分析 中图分类号：V423.41; O347.3文献标志码：A 文章编号：1673-1379(2021)06-0615-10DOI: 10.12126/see.2021.06.002Simulation analysis of the characteristics of debris cloud and perforation caused by oblique hypervelocity impact of spherical projectile on a thin plate LIU Xin 1, DENG Yongjun 1,2*, PENG Yun 1, YAO Yong 1,2(1. School of Civil Engineering and Architecture, Southwest University of Science and Technology;2. Sichuan Provincial Key Lab of Shock and Vibration of Engineering Materials and Structures: Mianyang 621000, China)Abstract: The spacecraft in the low Earth orbit is vulnerable to the hypervelocity impact by micrometeoroids and space debris. Compared with the vertical impact, the oblique impact is more commonly found and worth more research effort for the hypervelocity impacts. In this paper, a numerical calculation is made with the Autodyn-3D software and the smooth particle hydrodynamics (SPH) algorithm to simulate the process of the Al2017-T4 spherical projectile impacting obliquely the Al2A12 plate at an ultra-high speed of 3 km/s to 6 km/s with an impact angle of 0° to 60°. It is shown that the impact angle has a significant effect on the morphology of the debris cloud, as well as on the size and the shape of the perforation hole. With an impact angle between 30° and 45°, the backsplash of the sliding projectile will occur, reducing the penetration ability of the projectile. The above results may provide some guidance for the design and the improvement of the protective structures against the inflight hyper-velocity impact.Keywords: space debris; spherical projectile; oblique impact; stress wave propagation; debris cloud;simulation analysis收稿日期：2021-07-11；修回日期：2021-11-13基金项目：国家自然科学基金项目（编号：12002293）；中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞中心开放基金项目（编号：20zd3147）引用格式：刘昕, 邓勇军, 彭芸, 等. 球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析[J]. 航天器环境工程, 2021,38(6): 615-624LIU X, DENG Y J, PENG Y, et al. Simulation analysis of the characteristics of debris cloud and perforation caused by oblique hypervelocity impact of spherical projectile on a thin plate[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2021, 38(6): 615-624第 38 卷第 6 期航 天 器 环 境 工 程Vol. 38, No. 62021 年 12 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 615E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544. All Rights Reserved.0 引言自20世纪以来，人类航天活动日益频繁，造成空间碎片数量急剧增加。

薄壁榴弹的发射强度计算与仿真分析刘永刚;沈培辉;岳永丰;薛建锋【摘要】Based on the theory of projectile strength algorithm,this paper calculates the strength of 155 mm shrapnel projectiles with different wal thickness. uses LSDYNA software to establish the solid modeling,boundary load and dynamic simulation model of the process of its launch. The simulation results are compared with the theoretical value,the error is inthe reasonable range. By analyzing their calculation results,the changing rules of the stress concentration degree and the distribution area are summed up with the wal thickness decreases.These give effective reference to the projectile design.%引入弹体强度的理论算法，对某型155 mm榴弹的不同壁厚弹体进行了强度计算。

采用LS-DYNA软件对弹丸进行实体建模和边界加载，建立其发射过程的动力学仿真模型。

由仿真结果与理论值的对比可知，两者的误差在合理的范围之内。

通过分析不同厚度弹体的计算结果，总结弹体壁厚减小后其应力集中程度和分布区域的变化规律，可供弹丸设计时参考。

【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P122-125)【关键词】榴弹;发射强度;壁厚;仿真分析【作者】刘永刚;沈培辉;岳永丰;薛建锋【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ33;TP391.90 引言弹丸发射时，弹体承受各种载荷的作用，有时会产生严重的变形。

膛内弹丸抖动姿态光学测量法的仿真与分析刘海珍;张丕状【摘要】When the projectile moves in the chamber, it will producejitter ,due to the inevitable factors such as yaw, impact, and self filling conditions,greatly reducing the firing accuracy and power of the gun.In order to obtain the deviation of the projectile during movement in the chamber,a simple and intuitive method for the optical measurement of the jitter attitude of the projectile in the chamber is studied by using the laser generator, the diffuse reflector, the high speed camera and the computer system. This method focuses on the factors that affect the imaging changes of the laser generator, and the method is simulated and analyzed.The simulation and analysis results show that simulating the high speed camera to shoot the moving track of the light spot on the diffuse reflection plate.The simulation of the picture analysis, the jitter of the projectile in the bore can be obtained, which verifies that this method is feasible on the basis of theory.%弹丸在弹膛内运动时,会因偏航、撞击以及自身填充条件等不可避免的因素发生抖动,大大减小火炮在发射时的射击精度和威力.为得到弹丸在膛内运动时的偏离情况,利用激光发生器、漫反射板、高速摄像机和计算机系统研究出一种简单而直观的膛内弹丸抖动姿态的光学测量方法.该方法着重考虑影响激光发生器成像变化的因素,并对该方法进行仿真与分析.结果表明:可以仿真出高速摄像机拍摄漫反射板上光斑运动轨迹的图片;对仿真图片进行分析,得到弹丸在膛内抖动姿态,从而验证此方法在理论基础上具有可行性.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2017(043)012【总页数】6页(P93-97,103)【关键词】抖动姿态;光学测量方法;高速摄像机;仿真与分析【作者】刘海珍;张丕状【作者单位】中北大学信息探测与处理技术研究所,山西太原 030051;中北大学信息探测与处理技术研究所,山西太原 030051【正文语种】中文地面火力的主要武器之一是火炮，故对火炮性能的要求非常高，弹丸在弹膛内运动时，会因偏航、撞击以及自身填充条件等不可避免的因素发生抖动，大大减小了火炮在发射时的射击精度和威力，所以需要实时监测弹丸在膛内运动时的偏离情况，以便更好设计炮筒与弹丸结构[1]。

基于MATLAB的弹丸质点外弹道仿真分析发布时间：2023-01-31T08:38:05.733Z 来源：《中国科技信息》2022年9月18期作者：郎仕伟，王飞，朱成贤[导读] 本文以弹丸质点为外弹道学研究对象郎仕伟，王飞，朱成贤江南机电设计研究所，贵州省贵阳市红河路7号，550009摘要本文以弹丸质点为外弹道学研究对象，利用MATLAB软件基于龙格-库塔法进行仿真分析，得到弹丸飞行轨迹的变化曲线，获得了弹丸质点的运动规律。

仿真结果符合弹丸实际飞行规律，仿真最大射程与弹道表相比误差较小，验证了仿真模型的准确性；能对弹丸安全飞行试验和落点散布研究等提供一定参考价值。

关键词：外弹道；MATLAB；龙格-库塔法；弹丸1 引言MATLAB 是美国Math Works公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的集成环境，对于许多复杂而无法用数学手段解析求解的问题可以很方便求解；或是对一些无法进行试验、试验费用高的系统进行仿真试验分析，找寻其运动规律或运动过程，从而可节省大量的费用。

MATLAB目前在众多领域都有着广阔的应用空间[1]。

外弹道学是研究弹箭在空中运动规律及总体性能的科学, 其研究对象包括枪弹、炮弹、航弹、火箭及导弹等飞行体。

外弹道学是结合了发射动力学、质点动力学、空气动力学等相关学科；又依赖于现代控制论和计算机技术的发展，并与测量技术密切相关[2-3]。

而弹丸的运动由其质心运动和绕其质心转动组成，在仿真设计时，为了能够便捷地获得弹丸的飞行特性，通常不考虑弹丸绕质心转动，而是把弹丸作为一个质点来研究，便于工程设计，也为弹丸的复杂运动提供参考。

本文基于弹丸质点运动并对其进行外弹道仿真分析。

2 弹丸质点数学模型2.1 弹丸质点运动基本参数假定研究弹丸质点运动时，需作一些基本假设使分析的问题简化，本文在建立质点弹道微分方程时，作出以下基本假设：1)考虑空气密度的影响；2)考虑虚温变化；3)弹丸运动期间，其章动角为零；4)弹道空间具有标准的气象条件，无风、雨、雪；5)弹道空间的重力加速度g为常数（g=9.8m/s2），方向垂直向下；6)弹道空间的地表为平面，忽略地球自转产生的哥氏加速度。

第32卷第8期2011年8月兵工学报ACTA ARMAMENTARIIVol．32No．8Aug．2011弹丸挤进过程的有限元模拟与分析樊黎霞，何湘玥（南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094）摘要：本文针对依靠观察和实验难以解决的弹丸在枪管挤进过程中带有过盈摩擦大变形接触的难题，建立了弹丸挤进枪管的有限元分析模型，运用动态显式算法以及网格自适应技术，通过数值模拟研究了铅芯弹丸的挤进过程，展示了弹丸上膛线压痕的形成过程和材料的流动情况，分析了挤进前后弹头壳和铅芯的变形特征，以及挤进结束后弹丸的残余应力，从而为改进射击精度提供理论参考依据。

关键词：机械设计；弹丸挤进；有限元模拟；弹丸变形中图分类号：TJ410文献标志码：A文章编号：1000-1093（2011）08-0963-07Finite Element Simulation and Process Analysis ofProjectile Entering into BarrelFAN Li-xia ，HE Xiang-yue（School of Mechanical Engineering ，Nanjing University of Science and Technology ，Nanjing 210094，Jiangsu ，China ）Abstract ：For the contact problem of projectile entering into a barrel which is difficult to solve through observation and experiment ，the finite element model of projectile and barrel was established to investi-gate the entering process with large deformation and full friction．The dynamic explicit algorithm and Ar-bitrary Lagrange-Eluerian （ALE ）adaptive meshing technology were used to numerically simulate the en-tering process of lead core projectile．The formation of indentation on rifle and the material flow in projec-tile were revealed ，and the deformation of bullet shell and lead core were analyzed before and after the projectile enters into the barrel ，and the residual stress on the projectile was investigated．The results can provide the theoretical references to improve the firing accuracy．Key words ：mechanical design ；projectile engraving ；finite element simulation ；projectile deformation收稿日期：2010－05－31基金项目：国防基础科研资助项目（B1020060930）作者简介：樊黎霞（1965—），女，教授，博士。