兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3415-3429.doi: 10.12382/bgxb.2024.0007
刘想炎1,2, 于楠2, 黄振贵1,*(), 陈志华1, 马长胜3, 邱荣贤3
收稿日期:
2024-01-02
上线日期:
2024-03-18
通讯作者:
基金资助:
LIU Xiangyan1,2, YU Nan2, HUANG Zhengui1,*(), CHEN Zhihua1, MA Changsheng3, QIU Rongxian3
Received:
2024-01-02
Online:
2024-03-18
摘要:
高速入水时弹体结构响应(变形)大小关系射弹能否安全入水。当前,基于刚体模型的高速入水数值计算方法无法深入揭示初始扰动影响下射弹入水过程中复杂多相流、水动力与弹体结构响应等之间的相互耦合作用规律。为解决上述难题,基于流体力学和结构动力学,建立一种高速入水流固耦合数值计算方法,重点研究攻角对某型射弹高速入水过程的影响,分析攻角影响下空泡演化、冲击载荷、弹体运动与结构变形的相互耦合作用机理。研究结果表明:随攻角增大,弹体下表面与空泡壁面逐渐产生强烈撞击,迫使空泡壁面弯曲;对该型射弹,当攻角>3°时,射弹会因尾翼拍击液面出现第2次载荷峰值,此时射弹因沾湿产生弯矩,迫使射弹出现塑性应变,随入水深度增加,射弹形成明显的尾翼弯折,因沾湿产生的表面压力最大值超过10MPa;攻角为2°时,射弹虽因弹头尾翼同时受力产生弯矩,但内部应力未超过弹体材料的屈服强度,未出现塑性变形,因此,对该型射弹,其安全入水攻角≤2°。
中图分类号:
刘想炎, 于楠, 黄振贵, 陈志华, 马长胜, 邱荣贤. 不同入水攻角下高速射弹的流固耦合特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3415-3429.
LIU Xiangyan, YU Nan, HUANG Zhengui, CHEN Zhihua, MA Changsheng, QIU Rongxian. Characteristics of Fluid-structure Interaction of High-speed Projectile at Different Angles of Attack during Water Entry[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3415-3429.
密度/(kg·m-3) | 杨氏模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|
7850 | 210 | 0.29 |
表1 45号钢材料属性[27]
Table 1 Material properties of 45 steel[27]
密度/(kg·m-3) | 杨氏模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|
7850 | 210 | 0.29 |
A/MPa | B/MPa | C | n | m | Tm/K | Tt/K |
---|---|---|---|---|---|---|
595 | 580 | 0.023 | 0.133 | 2.03 | 1765.15 | 298.15 |
表2 45号钢Johnson-Cook参数[27]
Table 2 Johnson-Cook parameters of 45 steel[27]
A/MPa | B/MPa | C | n | m | Tm/K | Tt/K |
---|---|---|---|---|---|---|
595 | 580 | 0.023 | 0.133 | 2.03 | 1765.15 | 298.15 |
网格 | 流场网格数/104 | 弹体网格数/104 |
---|---|---|
1 | 499.01 | 4.41 |
2 | 698.57 | 8.28 |
3 | 900.04 | 11.35 |
表3 网格无关性对比表
Table 3 Mesh irrelevance comparison table
网格 | 流场网格数/104 | 弹体网格数/104 |
---|---|---|
1 | 499.01 | 4.41 |
2 | 698.57 | 8.28 |
3 | 900.04 | 11.35 |
图23 α为3°、4°、5°时入水1.2ms弹身表面与纵向截面等效塑性应变分布
Fig.23 Equivalent plastic strain of the surface and longitudinal section of the projectile at 1.2ms under α=3°, 4°, 5°
图25 α为3°、4°、5°时入水总载荷与监测点等效塑性应变对应图
Fig.25 Correspondence between the total load and the equivalent plastic strain at the monitoring point for α=3°, 4°,5°
典型阶段 | α/(°) | |
---|---|---|
4 | 5 | |
增长段1起始时刻 | 0.80 | 0.70 |
转速激增时刻(ωr=311.05rad/s) | 0.80 | 0.72 |
渐缓段起始时刻(增长段1结束时刻) | 0.96 | 0.84 |
射弹转平时刻 | 1.06 | 0.96 |
增长段2起始时刻(渐缓段结束时刻) | 1.14 | 1.00 |
表4 α为4°、5°时监测点塑性应变各阶段起始时间与射弹运动特征点时间对比
Table 4 Comparison of the onset time of each stage of plastic strain at the monitoring point and the time of the characteristic point of projectile movement for α=4°, 5° ms
典型阶段 | α/(°) | |
---|---|---|
4 | 5 | |
增长段1起始时刻 | 0.80 | 0.70 |
转速激增时刻(ωr=311.05rad/s) | 0.80 | 0.72 |
渐缓段起始时刻(增长段1结束时刻) | 0.96 | 0.84 |
射弹转平时刻 | 1.06 | 0.96 |
增长段2起始时刻(渐缓段结束时刻) | 1.14 | 1.00 |
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