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钛镭炮正常发射过程与炸膛事故的模拟分析及面向炸膛的优化

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摘要

第一章 绪论

1.1 驱鸟技术的由来与发展

1.2 钛镭炮简介

1.2.1 钛镭炮的工作原理

1.2.2 钛镭炮的应用现状

1.3 爆炸模拟的方法及应用

1.4 研究背景与主要内容

1.4.1 研究背景

1.4.2 主要研究内容

第二章 钛镭炮正常发射的模拟分析

2.1 非线性动力学模拟分析的求解方法

2.2 Chapman-Jouguet理论

2.3 钛镭炮弹炮耦合模拟分析

2.3.1 钛镭炮材料属性

2.3.2 钛镭弹火药属性

2.3.3 弹炮耦合模拟分析模型

2.3.4 钛镭弹模拟分析模型

2.3.5 边界条件及载荷

2.3.6 沙漏控制

2.4 弹炮耦合的模拟分析结果

2.4.1 钛镭炮响应分析

2.4.2 钛镭弹的动力分析

2.5 小结

第三章 炸膛事故的模拟分析

3.1 炸膛事故的原因分析

3.2 炸膛模拟分析方法

3.3 流固耦合基本原理

3.3.1 流体材料的变形描述

3.3.2 流固耦合基本算法

3.4 炸膛事故的模拟

3.4.1 流体材料

3.4.2 钛镭炮炸膛模拟分析模型

3.4.3 边界条件及加载

3.5 不同卡弹位置炸膛对结构的影响

3.5.1 流体材料的响应

3.5.2 不同卡弹位置各零部件的应力分布

3.5.3 不同卡弹位置炮筒底座的内表面压力分析

3.5.4 不同卡弹位置炮筒底座的后座位移分析

3.5.5 危险工况下各零部件的塑性变形

3.6 小结

第四章 提升钛镭炮安全性能的结构优化

4.1 锁紧块数量的优化

4.2 锁紧槽的位置优化

4.2.1 位置优化的参数化分析

4.2.2 锁紧槽位置的优化求解

4.3 优化处理后模型的检验

4.3.1 检验目的

4.3.2 检验方法

4.3.3 检验结果

4.4 小结

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

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摘要

钛镭炮因其结构简单、操作方便、使用环保等优良特征而在无伤驱鸟领域逐渐普及。使用钛镭炮进行驱鸟作业时发现,在钛镭弹发射至高空这一过程中时常会发生钛镭弹卡壳的现象,导致钛镭弹的二次爆轰意外发生在炮筒中。此类炸膛事故的发生会直接导致钛镭炮各部件受到不同程度的损坏,严重时会导致部件破裂产生飞溅物造成人员伤亡。
  本文以单个钛镭炮装配体为研究对象,从钛镭弹在炮筒中的发射过程开始研究,并对炸膛的原因进行分析,研究炸膛对结构的影响并从结构上进行优化以抵御炸膛带来的危害。
  首先结合Chapman-Jouguet爆轰理论对钛镭弹发射过程进行相关的理论分析与计算,同时通过对钛镭炮炮筒等相关部件进行实地测绘,建立钛镭炮装配体的有限元分析模型并对钛镭炮的发射过程进行数值模拟;其次,结合ALE流固耦合算法搭载有限元分析软件Ls-dyna对炸膛事故进行数值模拟,并从数值模拟分析结果中提取各关键部位所承受的爆轰压力及其它相关数据。
  在保证数值模拟分析结果与实际情况相接近的前提下,以数值模拟分析结果的数据为依据,面向单个钛镭炮装配体的薄弱环节进行优化处理,运用Optistruct求解器对钛镭炮结构中的薄弱部份进行优化求解。最终的优化目标为,强化钛镭炮筒,炮筒底座及其相关锁紧部件的装配关系,使钛镭炮整体抵御爆轰压力的性能得到加强,从而有效降低乃至抵消炮筒炸膛所带来的危害。

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