活性毁伤元与等离子体电磁特性的SPH数值模拟研究

发布时间：2020-10-13 14:18

　　 光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种纯拉格朗日型的无网格方法,能够摆脱网格对计算的约束,相对于传统网格方法有独特优势,特别适合模拟涉及大变形问题以及高速冲击问题。本文鉴于SPH方法的优势,运用Fortran语言编译建立了冲击动力学平台,在验证程序准确性之后,对高效毁伤中的一些前沿问题进行了如下的研究工作:(1)随着现代战场环境的变化,传统罩材的聚能战斗部渐渐不能满足现代战争的作战要求,本文对一种新型高效毁伤武器PTFE/Al活性材料聚能战斗部的毁伤特性进行了研究。通过在SPH冲击动力学平台中添加PTFE/Al活性材料的材料模型,在验证所选取材料模型可靠性的基础之上,对PTFE/Al活性聚能战斗部侵彻靶板产生动能侵彻以及内爆的耦合作用的过程进行模拟。得到了PTFE/Al活性材料聚能战斗部比传统的聚能战斗部具有更优良的毁伤效果,对装甲目标更大的毁伤概率,尤其在穿靶之后对后效靶的作用更具威力,并且分析了不同炸高对PTFE/Al活性材料聚能战斗部毁伤效应的影响。(2)针对在轨航天器受到空间碎片以及空间微流星体每秒几公里乃至十几公里速度的超高速撞击的威胁。本文利用考虑电子温度影响的非平衡热电离模型,将基于Arrhenius方程的化学反应速率添加至SPH程序代码中,计算超高速碰撞过程中产生的等离子体的总电量数,并利用毕奥萨伐尔定律,对等离子体产生的磁场强度进行数值模拟计算,模拟不同速度的铝丸以不同碰撞角度撞击铝靶的过程。数值模拟的结果表明,在相同的着靶角度下碰撞速度越大,碰撞产生等离子体的电量越高,引发的磁感应强度变化越大。在碰撞速度较低条件下的正碰撞以及小角度碰撞像30°碰撞相比于其他碰撞角度所引发的电磁效应影响更为明显。随着撞击速度的增大,30°碰撞产生的电磁影响则不如其他撞击角度明显,碰撞产生的电磁特性则随着撞击角度的增大而变得强烈。最后提出了带有临界速度的改进经验公式,以期对航天器对空间碎片的防护设计起到一定作用。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TJ410.33
【部分图文】：

北京理工大学硕士学位论文意外事故，于是提出活性战斗部的概念。对于活性聚能战斗部而言，其在侵彻目过程中侵彻体因受到高速撞击发生化学反应释放大量的能量，产生爆炸燃烧效成聚能侵彻和内爆双重毁伤的耦合作用，对目标造成大侵深和大侵孔的毁伤效而使聚能弹药的终端威力效能获得大幅度提升，其毁伤机理及效应如图 1.1 所

图 1.2 UDW 整体毁伤战斗部对 20.32cm 沥青道路厚的毁伤试验[24].3 UDW 整体毁伤战斗部对 1.5m-1.8m-5.5m 钢筋混凝土桥梁目标的毁伤试验[24于活性材料及其战斗部的研究起步于 2000 年左右，其中北京理工

5图 1.3 UDW 整体毁伤战斗部对 1.5m-1.8m-5.5m 钢筋混凝土桥梁目标的毁伤试验[24]我国对于活性材料及其战斗部的研究起步于 2000 年左右，其中北京理工大学、国防科技大学等进行了一定的研究工作。蒋建伟、王树有等[25,26]用复合反应式破片对钢板和柴油油箱进行了毁伤试验，并用高速摄影仪拍摄到毁伤过程中的爆燃反应。王海福等[27-30]用一种动态测量活性破片能量输出特性的方法对活性破片的毁伤效果进行评估，得到活性材料释放的能量大小与碰撞速度密切相关的结论，对活性材料芯体结构侵彻体侵爆毁伤效应进行了数值模拟的研究，并对聚能活性药型罩的射流成型和侵彻进行了试验探索。国防科技大学[31,32]研究了制备工艺、材料组份、微观结构等对活性材料 PTFE/AL 的准静态和动态力学性能的影响以及其本构关系，并对活性材料的冲击引发化学反应的影响因素进行了大量的实验研究，同时对 PTFE/AL 的反应释
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本文编号：2839281