兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 240097-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0097
郑卓扬, 董恒*(), 武海军, 贾桐庆, 杨冠侠, 黄风雷
收稿日期:
2024-11-30
上线日期:
2025-04-30
通讯作者:
基金资助:
ZHENG Zhuoyang, DONG Heng*(), WU Haijun, JIA Tongqing, YANG Guanxia, HUANG Fenglei
Received:
2024-11-30
Online:
2025-04-30
摘要:
为准确揭示和描述弹体-引信系统(简称弹引系统)在侵彻典型目标过程中引信内部核心器件的过载环境及动态响应,基于空腔膨胀理论获得侵彻过程的弹靶相互作用,分析应力波在战斗部壳体内的传播效应,引入弹引螺纹连接的载荷传递特性及缓冲材料的非线性响应模式,构建高速侵彻下弹引系统的非线性动力学响应模型,通过理论及实验方法确定模型参数,结合有限元数值仿真研究分析弹引系统的动态响应特性及弹靶参数对过载信号的影响机理和规律。研究结果表明:所建立的非线性动力学响应模型在时-频域特征上与数值仿真结果吻合良好,可更准确地描述高速侵彻下弹引系统的过载传递特性及引信内部器件的真实动力学响应,其响应模式主要为刚性过载和高频结构振动的耦合叠加,螺纹连接会进一步放大过载信号,聚氨酯材料在侵彻冲击环境下体现出一定的吸能滤波作用;弹引系统侵彻多层间隔目标相较于单一半无限目标时的过载信号更为复杂剧烈,弹靶参数决定了弹靶相互作用的频率特性,当侵彻多层间隔目标的弹靶作用频率的整数倍与弹引系统固有频率更接近时,加速度过载会出现峰值显著增大、振荡加剧及信号严重粘连等现象;研究成果为快速有效预测不同弹目特性下引信内部关键模块的真实响应和过载特性、评估其安全性及可靠性提供了技术参考。
中图分类号:
郑卓扬, 董恒, 武海军, 贾桐庆, 杨冠侠, 黄风雷. 侵彻弹引系统非线性动力学模型及响应特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(4): 240097-.
ZHENG Zhuoyang, DONG Heng, WU Haijun, JIA Tongqing, YANG Guanxia, HUANG Fenglei. Nonlinear Dynamic Model and Response Characteristics of Penetration Projectile-fuze System[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(4): 240097-.
邵氏硬度/HA | 密度/(g·cm-3) | 弹性模量/MPa |
---|---|---|
85 | 0.944 | 18.89 |
表1 聚氨酯材料物理特性[18]
Table 1 Physical characteristics of polyurethane material[18]
邵氏硬度/HA | 密度/(g·cm-3) | 弹性模量/MPa |
---|---|---|
85 | 0.944 | 18.89 |
α/(N·m-1) | β/(N·m-1) | γ | de | g∞ | τ/s |
---|---|---|---|---|---|
8416570.60 | 1873.84 | 118.50 | 4.36 | 0.52 | 3.39×10-4 |
表2 聚氨酯动力学模型参数
Table 2 Dynamics model parameters of polyurethane
α/(N·m-1) | β/(N·m-1) | γ | de | g∞ | τ/s |
---|---|---|---|---|---|
8416570.60 | 1873.84 | 118.50 | 4.36 | 0.52 | 3.39×10-4 |
密度/ (g·cm-3) | 线性体积模量 /GPa | 阻尼 系数 | 剪切模量/ GPa | 极限应力/ GPa |
---|---|---|---|---|
0.9443 | 4 | 0.1 | 0.04 | 1×10-4 |
表3 聚氨酯材料模型主要参数
Table 3 Main parameters of polyurethane model
密度/ (g·cm-3) | 线性体积模量 /GPa | 阻尼 系数 | 剪切模量/ GPa | 极限应力/ GPa |
---|---|---|---|---|
0.9443 | 4 | 0.1 | 0.04 | 1×10-4 |
部件名称 | 密度/ (g·cm-3) | 弹性/剪切 模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|
战斗部壳体 | 7.80 | 215.00 | 0.284 |
引信壳体 | 7.83 | 210.00 | 0.320 |
螺纹连接 | 7.80 | 3.26 | 0.284 |
PCB板 | 2.13 | 209.00 | 0.300 |
电子模块 | 1.30 | 110.00 | 0.340 |
传感器 | 2.70 | 56.20 | 0.330 |
模拟装药 | 1.70 | 5.00 | 0.320 |
混凝土靶板 | 2.18 | 12.70 |
表4 各材料模型主要参数
Table 4 Main parameters of material models
部件名称 | 密度/ (g·cm-3) | 弹性/剪切 模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|
战斗部壳体 | 7.80 | 215.00 | 0.284 |
引信壳体 | 7.83 | 210.00 | 0.320 |
螺纹连接 | 7.80 | 3.26 | 0.284 |
PCB板 | 2.13 | 209.00 | 0.300 |
电子模块 | 1.30 | 110.00 | 0.340 |
传感器 | 2.70 | 56.20 | 0.330 |
模拟装药 | 1.70 | 5.00 | 0.320 |
混凝土靶板 | 2.18 | 12.70 |
数值 仿真 | 本文 模型 | 本文模型 偏差/% | 刚性 理论 | 刚性理论 偏差/% |
---|---|---|---|---|
-8000 | -7600 | 5.0 | -4300 | 45.0 |
表5 数值仿真与动力学模型加速度峰值对比
Table 5 Comparison of acceleration peaks of numerical simulation and dynamical model g
数值 仿真 | 本文 模型 | 本文模型 偏差/% | 刚性 理论 | 刚性理论 偏差/% |
---|---|---|---|---|
-8000 | -7600 | 5.0 | -4300 | 45.0 |
靶板间隔/m | 弹靶作用频 率/Hz | 1阶固有频率/ 弹靶作用频率 | 加速度峰值/g |
---|---|---|---|
3 | 174 | 5.46 | -7663 |
2 | 284 | 3.41 | -7585 |
1 | 500 | 1.90 | -9617 |
表6 不同靶板间隔下弹靶作用频率与固有频率关系
Table 6 The relationship between projectile-target interaction frequency and natural frequency under different target spacings
靶板间隔/m | 弹靶作用频 率/Hz | 1阶固有频率/ 弹靶作用频率 | 加速度峰值/g |
---|---|---|---|
3 | 174 | 5.46 | -7663 |
2 | 284 | 3.41 | -7585 |
1 | 500 | 1.90 | -9617 |
图18 不同间隔靶板工况下电子模块加速度信号及对应频谱曲线
Fig.18 The acceleration signal of electronic module and the corresponding spectral curve under the conditions of different spaced targets
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