一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法及系统，涉及爆炸与冲击技术领域。首先构建含能材料弹体的近场有限元模型，并利用LS

【技术实现步骤摘要】
一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及爆炸与冲击
，具体而言，涉及一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法及系统。

技术介绍

[0002]对于各类战斗部、含能材料的破片场威力以及飞散特性计算，目前主要有三种途径实现：一是通过已知的理论公式进行计算；二是通过高速摄影、光幕靶、断通靶等试验测试手段获得相关威力场数据；三是通过ls
‑
dyna、autodyn等有限元仿真软件进行数值模拟。其中，理论方法难以对各类复杂结构或异型结构的战斗部、含能材料进行计算；试验方法测试成本较高，且仅能测得少量破片的飞散特性参数；而ls
‑
dyna、autodyn等仿真软件虽能通过ALE、Lagrange等方法获得近场破片的数量、质量分布、速度等信息，但计算成本高，且对于远场破片的飞散特性、威力数据等无法进一步获得。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法及系统，其能够对复杂结构的战斗部、含能壳体的近、远场破片飞散特性进行连续计算，并提高飞散模型的计算准确率。
[0004]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法，其包括：
[0006]利用流固耦合原理，采用正六面体单元1/4对称建模方法构建含能材料弹体的近场有限元模型，并利用LS
‑
DYNA求解，获得近场破片有限元数据；
[0007]将近场破片有限元数据导入MATLAB中，进行量纲转换和数据整合，对整合得到的数据库进行同一破片搜索排序，得到破片单元数据库，并根据破片单元数据库中的数据计算得到破片数据库；
[0008]将破片数据库中的初始参数代入修正后的远场飞散模型中进行求解，并将得到的离散数值解进行数据拟合和后处理，得到破片飞散特性参数及威力结果。
[0009]基于第一方面，在本专利技术的一些实施例中，上述将近场破片有限元数据导入MATLAB中，进行量纲转换和数据整合的步骤包括：
[0010]将近场破片有限元数据中破片速度不再受冲击波效应影响时刻的单元、节点数据导出，建立单元节点编号文件、单元中心点坐标体积文件和节点速度文件，并对文件中的数据进行量纲转换；
[0011]将单元节点编号文件和单元中心点坐标体积文件导入MATLAB中进行整合，得到数据库E，并将节点速度文件导入，形成数据库N；
[0012]遍历数据库N的节点编号列，从数据库E中搜索获取对应的八个节点的速度向量，并求算数平均，得到单元质心的速度矩阵；
[0013]将单元质心的速度矩阵新增入数据库E中，得到整合后的数据库。
[0014]基于第一方面，在本专利技术的一些实施例中，上述对整合得到的数据库进行同一破片搜索排序，得到破片单元数据库的步骤包括：
[0015]创建初始破片单元数据库，并为其新增破片序号列；
[0016]将整合得到的数据库中的首个单元取出放入初始破片单元数据库中，并基于相邻像素8连通原理在整合得到的数据库中进行循环遍历，搜索与该首个单元共节点的单元，并取出放入初始破片单元数据库中；
[0017]当整合得到的数据库为空时停止搜索，得到按破片序号排列的破片单元数据库。
[0018]基于第一方面，在本专利技术的一些实施例中，上述根据破片单元数据库中的数据计算得到破片数据库的步骤包括：
[0019]对破片单元数据库中具有相同破片单元序号的单元体积进行求和，得到各破片的体积；
[0020]对破片单元数据库中具有相同破片单元序号的单元的坐标向量、速度向量求平均值，得到各破片的中心坐标和质心速度；
[0021]对破片单元数据库中具有相同破片单元序号的单元的有限节点进行蒙特卡洛投影，得到各破片的平均迎风面积；
[0022]基于计算得到的各破片的体积、中心坐标、质心速度和平均迎风面积，形成上述破片数据库。
[0023]基于第一方面，在本专利技术的一些实施例中，上述将破片数据库中的初始参数代入修正后的远场飞散模型中进行求解，并将得到的离散数值解进行数据拟合和后处理，得到破片飞散特性参数及威力结果的步骤包括：
[0024]基于质点外弹道学原理，结合有限单元失效法中质量、平均迎风面积的损耗，通过引入上述含能材料弹体破碎前的质量，对远场飞散模型进行修正；
[0025]将破片数据库中的初始参数代入修正后的远场飞散模型中，利用四阶龙格库塔法求解，得到各破片在二维平面内的运动参数矩阵(t
i
,v
i
,θ
i
,x
i
,y
i
,e
di
)，其中，(t
i
,表θ示第i枚破片在二维平面内的运动时间，v
i
表示速度，θ
i
表示水平夹角，x
i
表示水平位移，y
i
表示垂直位移，e
di
表示比动能；
[0026]将各破片的二维轨迹矩阵(x
i
,y
i
)按各破片初始方位角绕坐标轴Y进行旋转，得到对应的三维飞散轨迹矩阵(x
i
′
,y
i
′
,z
i
′
)以及垂直靶分布结果；
[0027]基于各破片在二维平面内的运动参数，进行插值拟合和后处理，得到破片飞散特性参数及威力结果。
[0028]基于第一方面，在本专利技术的一些实施例中，上述修正后的远场飞散模型的计算公式为：
[0029][0030]其中，C
di
表示破片i所受的空气阻力系数，ρ表示空气密度，A
i
表示破片i的平均迎风面积，m
i
表示破片i的质量，m
r
表示含能材料弹体的壳体总质量，g表示当地重力加速度，n表示破片数量。
[0031]基于第一方面，在本专利技术的一些实施例中，上述基于各破片在二维平面内的运动参数，进行插值拟合和后处理，得到破片飞散特性参数及威力结果的步骤包括：
[0032]基于各破片在二维平面内的运动参数矩阵，通过三次样条插值，得到破片的二维飞行轨迹、速度位移变化曲线及比动能衰减曲线；
[0033]对运动参数矩阵中的比动能数据进行插值计算，得到破片致死半径和致伤半径。
[0034]第二方面，本申请实施例提供一种近、远场破片飞散特性的连续计算系统，其包括：
[0035]近场有限元模型求解模块，用于利用流固耦合原理，采用正六面体单元1/4对称建模方法构建含能材料弹体的近场有限元模型，并利用LS
‑
DYNA求解，获得近场破片有限元数据；
[0036]近场有限元数据导入模块，用于将近场破片有限元数据导入MATLAB中，进行量纲转换和数据整合，对整合得到的数据库进行同一破片搜索排序本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法，其特征在于，包括：利用流固耦合原理，采用正六面体单元1/4对称建模方法构建含能材料弹体的近场有限元模型，并利用LS
‑
DYNA求解，获得近场破片有限元数据；将近场破片有限元数据导入MATLAB中，进行量纲转换和数据整合，对整合得到的数据库进行同一破片搜索排序，得到破片单元数据库，并根据破片单元数据库中的数据计算得到破片数据库；将破片数据库中的初始参数代入修正后的远场飞散模型中进行求解，并将得到的离散数值解进行数据拟合和后处理，得到破片飞散特性参数及威力结果。2.如权利要求1所述的一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法，其特征在于，所述将近场破片有限元数据导入MATLAB中，进行量纲转换和数据整合的步骤包括：将近场破片有限元数据中破片速度不再受冲击波效应影响时刻的单元、节点数据导出，建立单元节点编号文件、单元中心点坐标体积文件和节点速度文件，并对文件中的数据进行量纲转换；将单元节点编号文件和单元中心点坐标体积文件导入MATLAB中进行整合，得到数据库E，并将节点速度文件导入，形成数据库N；遍历数据库N的节点编号列，从数据库E中搜索获取对应的八个节点的速度向量，并求算数平均，得到单元质心的速度矩阵；将单元质心的速度矩阵新增入数据库E中，得到整合后的数据库。3.如权利要求1所述的一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法，其特征在于，所述对整合得到的数据库进行同一破片搜索排序，得到破片单元数据库的步骤包括：创建初始破片单元数据库，并为其新增破片序号列；将整合得到的数据库中的首个单元取出放入初始破片单元数据库中，并基于相邻像素8连通原理在整合得到的数据库中进行循环遍历，搜索与该首个单元共节点的单元，并取出放入初始破片单元数据库中；当整合得到的数据库为空时停止搜索，得到按破片序号排列的破片单元数据库。4.如权利要求1所述的一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法，其特征在于，所述根据破片单元数据库中的数据计算得到破片数据库的步骤包括：对破片单元数据库中具有相同破片单元序号的单元体积进行求和，得到各破片的体积；对破片单元数据库中具有相同破片单元序号的单元的坐标向量、速度向量求平均值，得到各破片的中心坐标和质心速度；对破片单元数据库中具有相同破片单元序号的单元的有限节点进行蒙特卡洛投影，得到各破片的平均迎风面积；基于计算得到的各破片的体积、中心坐标、质心速度和平均迎风面积，形成所述破片数据库。5.如权利要求1所述的一种近、远场破片飞散特性的连续计算方法，其特征在于，所述将破片数据库中的初始参数代入修正后的远场飞散模型中进行求解，并将得到的离散数值解进行数据拟合和后处理，得到破片飞散特性参数及威力结果的步骤包括：基于质点外弹道学原理，结合有限单元失效法中质量、平均迎风面积的损耗，通过引入
所述含能材料弹体破碎前的质量，对远场飞散模型进行修正；将破片数据库中的初始参数代入修正后的远场飞散模型中，利用四阶龙格库塔法求解，得到各破片在二维平面内的运动参数矩阵(t
i
,v
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星雨，战仁军，汪送，王佳颖，
申请(专利权)人：中国人民武装警察部队工程大学，
类型：发明
国别省市：