一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法技术

本发明专利技术公开了一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法，根据弹体分段装药特征，抽取典型弹体装药隔断结构作为研究对象，给出了反映装药、壳体、隔断连接特征的质量

【技术实现步骤摘要】
一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法


[0001]本专利技术涉及非线性结构动力学
，尤其涉及一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法。

技术介绍

[0002]为提升弹体在侵彻穿甲过程中的安全性和环境适应性，典型弹体结构通常是由多段装药结合隔断组装而成。在弹体撞靶和飞行过程中，内部装药不可避免地会和装药壳体及隔断之间产生间隙碰撞、摩擦等多体相互作用效应，从而导致装药结构动力学响应放大和局部过早点火等问题，研究这种多体相互作用导致的非线性响应规律对评估装药结构安全性有重要意义。
[0003]国内外在弹体侵彻穿甲方面的研究工作主要集中在弹体侵彻层数、深度预估、弹体过载曲线研究、爆炸毁伤效果评价、靶体损伤及防护等方面，相关研究偏冲击动力学领域。侵彻穿甲效应的研究很少考虑装药、壳体及隔断结构本身的结构动态特性，而装药局部动态响应放大可能是引起装药过早点火的重要原因之一，对于弹体的结构动力学研究方面，如何正确描述装药、壳体及隔断结构的多体碰撞过程以及碰撞等可能引起的放大效应，是当前需要重点解决的问题。
[0004]基于此，需要研发一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题设计了一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法，包括以下步骤：S1:根据弹体分段装药特征，抽取典型弹体的装药、壳体和隔断结构，建立反映其连接特征的质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型；S2:建立考虑间隙和连接特征的两自由度系统非线性动力学理论分析模型,并对分析模型进行时间伸缩变换和除位移外的无量纲处理；S3:采用数值积分计算在给定时程载荷作用下的动力学响应，实现非线性动力学分析。
[0007]步骤S1包括如下子步骤：S11: 根据弹体分段装药特征，选取一个装药隔断结构作为分析对象；S12: 对装药隔断结构采用集中质量法，建立反映药、壳体和隔断连接特征的质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型。
[0008]步骤S2包括如下子步骤：S21: 建立S12中质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型对应的两自由度系统运动方
程，形成理论分析模型：上式中，m1：抽取壳体和隔板部分的总质量；m2：装药隔断结构内装药质量；k1：抽取壳体和隔板部分的刚度；k2：装药隔断结构内装药部分的刚度；c1：抽取壳体和隔板的阻尼；c2：装药隔断结构内装药部分的阻尼；x1：抽取壳体和隔断部分的位移；：抽取壳体和隔断部分的加速度；：抽取壳体和隔断部分的速度；x2：装药部分的位移；：装药部分的加速度；：装药部分的速度；F：弹体承受的动态载荷；：描述非线性特征的间隙碰撞力函数；进一步的，间隙碰撞力为：上式中，k3：装药与隔板之间的接触连接刚度；c3：装药与隔板之间的阻尼；b：装药与隔板之间的间隙大小；当x2‑
x1＞b时，为无间隙情况，此时，式(1)变为：当x2‑
x1≤b时，为有间隙情况，此时，式(1)变为：S22: 作时间伸缩变换，分别代入式(3)和式(4)，并记，，，得到除位移外的无量纲处理方程；τ：变换时间；ω1：抽取壳体和隔断部分的固有圆频率；ω2：装药部分的固有圆频率；ω3：抽取壳体和隔断部分的非线性圆频率；其中：对于无间隙情况的运动方程变为：其中，ξ1：抽取壳体和隔断部分的模态阻尼比；ξ2：装药部分的模态阻尼比；ξ3：抽取壳体和隔断部分的非线性阻尼比；：时间变换后弹体承受的动态载荷；α：固有频率无量纲参数；β：刚度无量纲参数；μ：质量无量纲参数；对于有间隙情况的运动方程变为：
进一步的，式(5)和式(6)中各参数取值为：步骤S3包括如下子步骤：S31: 对步骤S22中运动方程（5）和（6）进行降阶处理，令，，，，其中：对于无间隙情况，降阶方程为：对于有间隙情况，降阶方程为：S32：采用4阶龙格
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库塔方法对运动方程组(8)和（9）进行离散和数值求解，从τ时刻到τ+Δτ时刻的离散递推表达式为：其中，Δτ为离散时间间隔；进一步的，对于无间隙情况，式(10)中各参数表达式为：
对于有间隙情况，式(11)和式(13)各参数表达式仍成立，式(12)变为：式(14)变为：
S33: 根据步骤S32中的离散关系表达式获得的各离散时刻的u1、u2、u3、u4，并利用时间变换关系，获得各真实时刻的结构位移、速度、加速度等响应:本专利技术的有益效果在于：（1）通过抽取典型弹体装药隔断结构的特征，建立了考虑间隙非线性效应的结构动力学理论模型，从结构动力学角度分析探讨典型装药部件的非线性动力学响应；（2）获得了弹头装药隔断结构的动力学运动方程，并通过对质量、刚度、载荷等进行无量纲处理获得了用位移变量表示的归一化运动方程，便于比较各无量纲参数变化对结构响应的影响；（3）采用数值积分算法，对归一化的运动方程进行了降阶处理和离散求解，给出了离散参数具体计算方法，最终形成了一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法，相关计算方法非常易于程序实现，可以很方便地根据递推公式和求解流程构建相应的计算程序，实用性强。
[0009]（4）另外采用非线性方法分析的弹体装药隔断结构，能够正确描述多体碰撞过程以及碰撞等可能引起的放大效应。
附图说明
[0010]图1为本专利技术实施步骤流程图；图2是根据典型弹体结构特征抽取一个装药隔断结构过程示意图；图3是根据装药隔断结构及连接特征建立的质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型；图4是在各初始取值下固有频率比值(α)改变对装药结构响应（x2）随时间的影响情况；图5是在各初始取值下不同刚度比值(β)改变对装药结构响应（x2）随时间的影响情况；图6是在各初始取值下不同质量比值(μ)对装药结构响应（x2）随时间的影响情况；图7是在各初始取值下不同间隙(b)对装药结构响应（x2）随时间的影响情况。
[0011]图中：1
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弹体；2
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装药隔断结构；21
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第一隔断；22
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间隙；23
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装药；24
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壳体；25
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第二隔断。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0013]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:根据弹体分段装药特征，抽取典型弹体的装药、壳体和隔断结构，建立反映其连接特征的质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型；S2:建立考虑间隙和连接特征的两自由度系统非线性动力学理论分析模型,并对分析模型进行时间伸缩变换和除位移外的无量纲处理；S3:采用数值积分计算在给定时程载荷作用下的动力学响应，实现非线性动力学分析。2.根据权利要求1所述一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法，其特征在于，步骤S1包括如下子步骤：S11: 根据弹体分段装药特征，选取一个装药隔断结构作为分析对象；S12: 对装药隔断结构采用集中质量法，建立反映药、壳体和隔断连接特征的质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型。3.根据权利要求2所述一种弹体装药隔断结构的非线性动力学分析方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：S21: 建立S12中质量
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弹簧
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阻尼两自由度系统模型对应的两自由度系统运动方程，形成理论分析模型：上式中，m1：抽取壳体和隔板部分的总质量；m2：装药隔断结构内装药质量；k1：抽取壳体和隔板部分的刚度；k2：装药隔断结构内装药部分的刚度；c1：抽取壳体和隔板的阻尼；c2：装药隔断结构内装药部分的阻尼；x1：抽取壳体和隔断部分的位移；：抽取壳体和隔断部分的加速度；：抽取壳体和隔断部分的速度；x2：装药部分的位移；：装药部分的加速度；：装药部分的速度；F：弹体承受的动态载荷；：描述非线性特征的间隙碰撞力函数；进一步的，间隙碰撞力为：上式中，k3：装药与隔板之间的接触连接刚度；c3：装药与隔板之间的阻尼；b：装药与隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：范宣华，梁君，陈红永，王远岑，李云飞，鄂林仲阳，王东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：