Acta Armamentarii ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240885-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0885
Special Issue: 蓝色智慧·兵器科学与技术
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DIAO Zhenting, FANG Dengjian*(), WANG Shaolei
Received:
2024-09-24
Online:
2025-05-07
Contact:
FANG Dengjian
DIAO Zhenting, FANG Dengjian, WANG Shaolei. Numerical Analysis and Experimental Study of a Underwater-launched Projectile Breaking Through Ice Vertically[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240885-.
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材料属性 | 数值 | 材料属性 | 数值 |
---|---|---|---|
密度/(kg·m-3) | 900 | 体积模量/GPa | 5.26 |
剪切模量/GPa | 2.20 | 塑性失效应变 | 0.35 |
屈服应力/MPa | 2.12 | 截断压力/MPa | -4 |
塑性硬化模量/GPa | 4.26 |
Table 1 Sea ice intrinsic model materials
材料属性 | 数值 | 材料属性 | 数值 |
---|---|---|---|
密度/(kg·m-3) | 900 | 体积模量/GPa | 5.26 |
剪切模量/GPa | 2.20 | 塑性失效应变 | 0.35 |
屈服应力/MPa | 2.12 | 截断压力/MPa | -4 |
塑性硬化模量/GPa | 4.26 |
类型 | 物理量 | 符号参数 | 量纲 |
---|---|---|---|
长度 | L | l | |
基本参数 | 质量 | m | m |
时间 | T | t | |
密度 | ρi,ρvh | m/l3 | |
材料参数 | 泊松比 | μi,μvh | |
弹性模量 | Ei,Evh | m/(lt2) | |
冰层厚度 | hi | l | |
几何参数 | 冰层特征尺寸 | li,wi | l |
航行体长度 | lvh | l | |
航行体直径 | dvh | l | |
物理参数 | 时间 | t | t |
初始速度 | v0 | l/t | |
动态参数 | 速度 | vvh | l/t |
冰阻力 | Fi | ml/t2 |
Table 2 Dimension of parameters
类型 | 物理量 | 符号参数 | 量纲 |
---|---|---|---|
长度 | L | l | |
基本参数 | 质量 | m | m |
时间 | T | t | |
密度 | ρi,ρvh | m/l3 | |
材料参数 | 泊松比 | μi,μvh | |
弹性模量 | Ei,Evh | m/(lt2) | |
冰层厚度 | hi | l | |
几何参数 | 冰层特征尺寸 | li,wi | l |
航行体长度 | lvh | l | |
航行体直径 | dvh | l | |
物理参数 | 时间 | t | t |
初始速度 | v0 | l/t | |
动态参数 | 速度 | vvh | l/t |
冰阻力 | Fi | ml/t2 |
参数 | 工况1 | 工况2 |
---|---|---|
hi/m | 0.1 | 0.12 |
lvh/m | 1 | 1.2 |
v0/(m·s-1) | 20 | 25 |
ρvh/(m·s-3) | 7850 | 5024 |
0.1 | 0.1 | |
0.009 | 0.009 |
Table 3 Parameters of different working conditions
参数 | 工况1 | 工况2 |
---|---|---|
hi/m | 0.1 | 0.12 |
lvh/m | 1 | 1.2 |
v0/(m·s-1) | 20 | 25 |
ρvh/(m·s-3) | 7850 | 5024 |
0.1 | 0.1 | |
0.009 | 0.009 |
工况序号 | 压力/MPa | 冰层厚度/mm | 破冰前速度/(m·s-1) | 破冰后速度/(m·s-1) | 速度损失率/% | 动能损失量/J |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 3 | 160 | 12.8 | 10.2 | 20.93 | 152.49 |
2 | 3 | 180 | 13.1 | 9.5 | 27.48 | 207.47 |
3 | 3 | 200 | 13.2 | 8.4 | 36.36 | 264.38 |
4 | 5 | 160 | 18.1 | 14.8 | 18.23 | 276.85 |
5 | 5 | 180 | 17.8 | 13.4 | 24.72 | 350.06 |
6 | 5 | 200 | 18.0 | 11.8 | 34.44 | 471.14 |
Table 4 Velocity changes before and after ice breaking under different working conditions
工况序号 | 压力/MPa | 冰层厚度/mm | 破冰前速度/(m·s-1) | 破冰后速度/(m·s-1) | 速度损失率/% | 动能损失量/J |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 3 | 160 | 12.8 | 10.2 | 20.93 | 152.49 |
2 | 3 | 180 | 13.1 | 9.5 | 27.48 | 207.47 |
3 | 3 | 200 | 13.2 | 8.4 | 36.36 | 264.38 |
4 | 5 | 160 | 18.1 | 14.8 | 18.23 | 276.85 |
5 | 5 | 180 | 17.8 | 13.4 | 24.72 | 350.06 |
6 | 5 | 200 | 18.0 | 11.8 | 34.44 | 471.14 |
算法 | 冰模型 | 水、空气模型 | 计算时间 |
---|---|---|---|
1(本文算法) | FEM | S-ALE | 8h32min |
2 | FEM | ALE | 12h41min |
3 | SPH | SPH | 20h08min |
4 | SPH | ALE | 16h26min |
5 | FEM-SPH | ALE | 14h22min |
6 | PD | ALE | 9h15min |
7 | SPG-FEM | S-ALE | 11h15min |
Table 5 Computational time of different algorithms
算法 | 冰模型 | 水、空气模型 | 计算时间 |
---|---|---|---|
1(本文算法) | FEM | S-ALE | 8h32min |
2 | FEM | ALE | 12h41min |
3 | SPH | SPH | 20h08min |
4 | SPH | ALE | 16h26min |
5 | FEM-SPH | ALE | 14h22min |
6 | PD | ALE | 9h15min |
7 | SPG-FEM | S-ALE | 11h15min |
序号 | a | b | c | R2 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.0390 | 0.08 | 1.5696×107 | 0.0061 | 0.0069 | 0.9217 |
2 | 0.0446 | 0.08 | 1.7788×107 | 0.0056 | 0.0059 | 0.9200 |
3 | 0.0502 | 0.08 | 1.9454×107 | 0.0052 | 0.0053 | 0.9241 |
4 | 0.0390 | 0.10 | 1.6117×107 | 0.0073 | 0.0074 | 0.9485 |
5 | 0.0446 | 0.10 | 1.8128×107 | 0.0067 | 0.0065 | 0.9521 |
6 | 0.0502 | 0.10 | 1.9765×107 | 0.0062 | 0.0057 | 0.9505 |
7 | 0.0390 | 0.12 | 1.6671×107 | 0.0070 | 0.0067 | 0.9519 |
8 | 0.0446 | 0.12 | 1.8950×107 | 0.0064 | 0.0056 | 0.9555 |
9 | 0.0502 | 0.12 | 2.0635×107 | 0.0059 | 0.0050 | 0.9550 |
Table 7 Parameters for ice load curve fitting
序号 | a | b | c | R2 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.0390 | 0.08 | 1.5696×107 | 0.0061 | 0.0069 | 0.9217 |
2 | 0.0446 | 0.08 | 1.7788×107 | 0.0056 | 0.0059 | 0.9200 |
3 | 0.0502 | 0.08 | 1.9454×107 | 0.0052 | 0.0053 | 0.9241 |
4 | 0.0390 | 0.10 | 1.6117×107 | 0.0073 | 0.0074 | 0.9485 |
5 | 0.0446 | 0.10 | 1.8128×107 | 0.0067 | 0.0065 | 0.9521 |
6 | 0.0502 | 0.10 | 1.9765×107 | 0.0062 | 0.0057 | 0.9505 |
7 | 0.0390 | 0.12 | 1.6671×107 | 0.0070 | 0.0067 | 0.9519 |
8 | 0.0446 | 0.12 | 1.8950×107 | 0.0064 | 0.0056 | 0.9555 |
9 | 0.0502 | 0.12 | 2.0635×107 | 0.0059 | 0.0050 | 0.9550 |
序号 | 预测值/Pa | 实际值/Pa | 误差/% | ||
---|---|---|---|---|---|
1 | 0.0700 | 0.06 | 2.81×107 | 2.92×107 | 3.77 |
2 | 0.0669 | 0.10 | 3.48×107 | 3.26×107 | 6.75 |
3 | 0.0585 | 0.12 | 2.44×107 | 2.34×107 | 4.27 |
4 | 0.0675 | 0.11 | 2.97×107 | 3.11×107 | 4.50 |
5 | 0.0558 | 0.08 | 2.13×107 | 2.26×107 | 6.02 |
Table 8 Comparison of predicted and actual values
序号 | 预测值/Pa | 实际值/Pa | 误差/% | ||
---|---|---|---|---|---|
1 | 0.0700 | 0.06 | 2.81×107 | 2.92×107 | 3.77 |
2 | 0.0669 | 0.10 | 3.48×107 | 3.26×107 | 6.75 |
3 | 0.0585 | 0.12 | 2.44×107 | 2.34×107 | 4.27 |
4 | 0.0675 | 0.11 | 2.97×107 | 3.11×107 | 4.50 |
5 | 0.0558 | 0.08 | 2.13×107 | 2.26×107 | 6.02 |
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