弹丸冲击蜂窝铝波形数值仿真及波形优化设计
发布时间：2021-12-19 10:58
针对高过载、宽脉冲的大能量冲击试验环境难以模拟的问题,以“十三五”预研项目为背景,选取空气炮为冲击试验方式,以蜂窝铝为缓冲材料进行冲击波形数值仿真研究。分析蜂窝铝异面力学性能,利用LS-DYNA有限元软件建立弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟侵彻波形的发生过程。理论分析侵彻过程中弹丸的侵彻阻力,比较不同侵彻速度对侵深的影响。并将有限元数值模拟结果与解析理论计算结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。通过对不同工况的模拟,比较蜂窝铝相对密度、胞孔角度,冲击速度和弹头形状对冲击加速度波形的影响。研究发现相对密度、胞孔角度、冲击速度影响加速度峰值和脉宽,弹丸形状影响冲击波形状。采用全参数试验,对比三种常用的近似模型方法,选用EBF神经网络及ASA算法与LSGRG算法相结合的组合优化策略,对冲击峰值及脉宽进行优化,优化结果满足标准。基于串联式缓冲结构,建立弹丸侵彻蜂窝铝夹芯板动力有限元模型,模拟夹芯板受冲击过程。对比蜂窝蒙皮和蜂窝芯层的吸能性能,发现冲击载荷随着蒙皮厚度的增加而提高。选择合适的蒙皮厚度,以蜂窝铝芯密度为设计变量,提出一种基于串联结构的冲击波形设计方法,通过该方法获得了满足容差标准的半正弦...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２蜂窝芯制造方法示意图??国内外学者对蜂窝结构做了细致的分析
以及各自的优缺点。泡沫金属材料各方向力学性能相同，应力平台稳定，缓冲效果平稳，??然而制备出的泡沫材料与设计要求的缓冲介质性能不可避免的出现差异，且难以通过试??验或计算对差异进行评估。同时，泡沫结构的建模也存在一定困难。图１．３为３种模拟??泡沫材料的微观结构。以Ｇｉｂｓｏｎ－Ａｓｈｂｙ模型［３５］（规则立方杆单兀）分析并模拟开孔泡??沫结构力学性能或用Ｋｅｌｖｉｎ模型模拟闭孔泡沫结构都无法体现出泡沫结构的随机性。??近年来，基于Ｖ〇ｒ〇ｎ〇ｉ［３７］随机撒点技术的二维，三维泡沫结构建模方式受到广泛关注，??它能很好的体现泡沫结构随机特性。然而对于冲击试验设计，此种建模方式计算周期长，??更适用于材料性能研究。也有学者忽略几何特征采用实体网格建模方式，通过赋予一定??的本构模型来模拟泡沫结构的材料特性。此方法虽然简便，但前期需要有大量的试验对??材料参数进行拟合。??５??
２．１蜂窝铝的异面力学性能??常用的六边形商业蜂窝铝采用展成法加工成形，称为双壁厚蜂窝，其蜂窝芯结构如??图２．１所示，ＸＩ、Ｘ２方向称为面内方向，Ｘ３方向称为异面方向，蜂窝胞孔结构可由单壁厚??边长／，双壁厚边长壁厚Ａ双壁厚胞孔角度０（０°?＜沒＜９０°），以及孔深＊来描??述。应力作用于Ｘ３方向，蜂窝材料表现为异面性能，应力作用于或Ｘ２方向蜂窝材料??表现为共面性能，通常蜂窝材料的异面承载能力大于共面承载能力。??屬??ａ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种二级铝蜂窝结构缓冲吸能特性研究[J]. 李翔城,林玉亮,卢芳云,李志斌. 中国测试. 2016(10)
[2]弹丸侵彻闭孔泡沫铝冲击波形数值模拟[J]. 汤俊,葛建立,闫彬,杨国来,李振. 南京理工大学学报. 2016(03)
[3]泡沫铝率相关性能的有限元模拟[J]. 范志庚,陈常青,万强. 爆炸与冲击. 2014(06)
[4]结构优化设计的组合优化策略[J]. 薛红军,李云锋. 机械强度. 2013(03)
[5]铝蜂窝异面压缩的扩胞等效方法[J]. 王中钢,姚松. 爆炸与冲击. 2013(03)
[6]铝蜂窝面外压缩行为的尺寸效应研究[J]. 徐天娇,金涛,周志伟,树学峰. 科学技术与工程. 2013(14)
[7]铝蜂窝串联缓冲结构静态压缩仿真与试验研究[J]. 李萌,刘荣强,罗昌杰,郭宏伟,丁北辰. 振动与冲击. 2013(09)
[8]刚性尖头弹侵彻圆柱形金属厚靶分析模型[J]. 宋殿义,刘飞,蒋志刚. 工程力学. 2013(01)
[9]汽车碰撞蜂窝铝壁障有限元建模方法研究[J]. 郭正辉,朱西产,李霖. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2013(01)
[10]梯度泡沫铝的撞击动力学分析[J]. 向宇,程涛. 轻金属. 2012(10)
博士论文
[1]长杆弹侵彻有限直径金属厚靶的理论与数值分析[D]. 王娟.长安大学 2015
[2]钎焊蜂窝铝板力学性能研究[D]. 彭明军.昆明理工大学 2013
[3]侵彻半无限厚靶的理论模型与数值模拟研究[D]. 楼建锋.中国工程物理研究院 2012
硕士论文
[1]考虑电机激励的轮毂电机驱动电动汽车平顺性分析与多目标优化[D]. 王培德.吉林大学 2017
[2]面向复杂机械结构动力学优化的近似模型研究[D]. 赵天枝.南京理工大学 2017
[3]腿式着陆器用泡沫铝和铝蜂窝缓冲器的仿真与试验研究[D]. 李萌.哈尔滨工业大学 2009
[4]高g值冲击测试关键技术研究[D]. 景鹏.中北大学 2009
[5]响应面方法在多种实际优化问题中的应用[D]. 马宝胜.北京工业大学 2007
[6]ASQ700跌落冲击试验机的半正弦波跌落冲击试验模型分析[D]. 冯国华.苏州大学 2007
本文编号：3544294
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２蜂窝芯制造方法示意图??国内外学者对蜂窝结构做了细致的分析
以及各自的优缺点。泡沫金属材料各方向力学性能相同，应力平台稳定，缓冲效果平稳，??然而制备出的泡沫材料与设计要求的缓冲介质性能不可避免的出现差异，且难以通过试??验或计算对差异进行评估。同时，泡沫结构的建模也存在一定困难。图１．３为３种模拟??泡沫材料的微观结构。以Ｇｉｂｓｏｎ－Ａｓｈｂｙ模型［３５］（规则立方杆单兀）分析并模拟开孔泡??沫结构力学性能或用Ｋｅｌｖｉｎ模型模拟闭孔泡沫结构都无法体现出泡沫结构的随机性。??近年来，基于Ｖ〇ｒ〇ｎ〇ｉ［３７］随机撒点技术的二维，三维泡沫结构建模方式受到广泛关注，??它能很好的体现泡沫结构随机特性。然而对于冲击试验设计，此种建模方式计算周期长，??更适用于材料性能研究。也有学者忽略几何特征采用实体网格建模方式，通过赋予一定??的本构模型来模拟泡沫结构的材料特性。此方法虽然简便，但前期需要有大量的试验对??材料参数进行拟合。??５??
２．１蜂窝铝的异面力学性能??常用的六边形商业蜂窝铝采用展成法加工成形，称为双壁厚蜂窝，其蜂窝芯结构如??图２．１所示，ＸＩ、Ｘ２方向称为面内方向，Ｘ３方向称为异面方向，蜂窝胞孔结构可由单壁厚??边长／，双壁厚边长壁厚Ａ双壁厚胞孔角度０（０°?＜沒＜９０°），以及孔深＊来描??述。应力作用于Ｘ３方向，蜂窝材料表现为异面性能，应力作用于或Ｘ２方向蜂窝材料??表现为共面性能，通常蜂窝材料的异面承载能力大于共面承载能力。??屬??ａ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种二级铝蜂窝结构缓冲吸能特性研究[J]. 李翔城,林玉亮,卢芳云,李志斌. 中国测试. 2016(10)
[2]弹丸侵彻闭孔泡沫铝冲击波形数值模拟[J]. 汤俊,葛建立,闫彬,杨国来,李振. 南京理工大学学报. 2016(03)
[3]泡沫铝率相关性能的有限元模拟[J]. 范志庚,陈常青,万强. 爆炸与冲击. 2014(06)
[4]结构优化设计的组合优化策略[J]. 薛红军,李云锋. 机械强度. 2013(03)
[5]铝蜂窝异面压缩的扩胞等效方法[J]. 王中钢,姚松. 爆炸与冲击. 2013(03)
[6]铝蜂窝面外压缩行为的尺寸效应研究[J]. 徐天娇,金涛,周志伟,树学峰. 科学技术与工程. 2013(14)
[7]铝蜂窝串联缓冲结构静态压缩仿真与试验研究[J]. 李萌,刘荣强,罗昌杰,郭宏伟,丁北辰. 振动与冲击. 2013(09)
[8]刚性尖头弹侵彻圆柱形金属厚靶分析模型[J]. 宋殿义,刘飞,蒋志刚. 工程力学. 2013(01)
[9]汽车碰撞蜂窝铝壁障有限元建模方法研究[J]. 郭正辉,朱西产,李霖. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2013(01)
[10]梯度泡沫铝的撞击动力学分析[J]. 向宇,程涛. 轻金属. 2012(10)
博士论文
[1]长杆弹侵彻有限直径金属厚靶的理论与数值分析[D]. 王娟.长安大学 2015
[2]钎焊蜂窝铝板力学性能研究[D]. 彭明军.昆明理工大学 2013
[3]侵彻半无限厚靶的理论模型与数值模拟研究[D]. 楼建锋.中国工程物理研究院 2012
硕士论文
[1]考虑电机激励的轮毂电机驱动电动汽车平顺性分析与多目标优化[D]. 王培德.吉林大学 2017
[2]面向复杂机械结构动力学优化的近似模型研究[D]. 赵天枝.南京理工大学 2017
[3]腿式着陆器用泡沫铝和铝蜂窝缓冲器的仿真与试验研究[D]. 李萌.哈尔滨工业大学 2009
[4]高g值冲击测试关键技术研究[D]. 景鹏.中北大学 2009
[5]响应面方法在多种实际优化问题中的应用[D]. 马宝胜.北京工业大学 2007
[6]ASQ700跌落冲击试验机的半正弦波跌落冲击试验模型分析[D]. 冯国华.苏州大学 2007
本文编号：3544294
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