[发明专利]基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法，建立准一维两相流内弹道数学模型，以及弹带挤进过程有限元模型；利用准一维两相流内弹道数学模型求解弹底压力，将求解弹底压力作为弹带挤进过程有限元模型的弹底压力载荷，确定弹丸质心轴向速度、位移和分析步长，传递给准一维两相流内弹道数学模型进行数值求解，重复迭代，直至挤进结束，即得弹带挤进过程动力学响应。本发明考虑了弹带挤进过程内弹道性能的改变，实现了弹带挤进过程数值模拟与内弹道计算之间的耦合，采用了准一维两相流内弹道数学模型，能够更加精确的描述弹后空间火药燃气压力分布规律，提高了挤进过程弹后火药燃气压力的计算精度。

技术领域

本发明涉及弹带模拟技术，具体涉及一种基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法。

背景技术

在火炮发射过程中，弹带挤进过程是一个高度非线性的瞬态力学过程，涉及瞬时冲击、材料失效与损伤、几何大变形等方面，对整个火炮发射的膛压和初速等诸多内弹道参数具有很大的影响。由于弹带挤进过程的时间十分短暂，实验条件困难，现阶段研究人员多采用数值模拟的方式对其进行研究。文献一(孙全兆,杨国来,王鹏,等.某大口径榴弹炮弹带挤进过程数值模拟研究[J].兵工学报,2015,36(2):206-213.)对实测所得到的坡膛压力载荷进行换算得到弹底压力载荷，将其加载到模型上作为载荷边界条件模拟了弹带动态挤进过程，但是由于加载的载荷值与实际载荷误差较大，使得在数值计算时弹丸的位移和速度与实际情况存在较大误差。文献二(李淼,钱林方,孙河洋.某大口径火炮弹带热力耦合挤进动力学数值模拟研究[J].兵工学报,2016,37(10):1803-1811.)引入考虑温度的摩擦力模型来模拟身管与弹带间的摩擦，建立弹带挤进过程热力耦合仿真模型，但是其基础还是建立在经典内弹道之中，由于经典内弹道在很多方面进行了简化，导致计算出的数值结果也存在一定的偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法，解决了现阶段弹带挤进数值模拟过程中弹底压力载荷与实际值存在偏差的不利问题，能够得到更为精准的弹底压力载荷。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法，包括如下内容：

步骤1、建立准一维两相流内弹道数学模型，以及弹带挤进过程有限元模型；

步骤2、利用准一维两相流内弹道数学模型求解弹底压力，将求解弹底压力作为弹带挤进过程有限元模型的弹底压力载荷，确定弹丸质心轴向速度和位移、分析步长和弹后火药燃气网格变量，传递给准一维两相流内弹道数学模型进行数值求解；

步骤3、重复迭代步骤2，直至挤进结束，即得弹带挤进过程动力学响应。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明考虑了弹带挤进过程内弹道性能的改变，实现了弹带挤进过程数值模拟与内弹道计算之间的耦合，采用了准一维两相流内弹道数学模型，能够更加精确的描述弹后空间火药燃气压力分布规律，提高了挤进过程弹后火药燃气压力的计算精度。

附图说明

图1为本发明基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法的流程图。

图2为本发明弹带挤进系统有限元网格模型图。

图3为本发明挤进完成时刻弹带变形图。

图4为本发明挤进过程弹底压力、膛底压力-时间曲线图。

图5为本发明弹带动态挤进阻力-行程曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明方案。

如图1所示，基于两相流内弹道的弹带挤进有限元数值模拟方法，具体步骤如下：