不同介质中雷靶碰撞动力学仿真研究

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1、国内图书分类号：TJ630.1密级：公开国际图书分类号：623.946西南交通大学研究生学位论文不同介质中雷靶碰撞动力学仿真研究年级2015级姓名马子恒申请学位级别工程硕士专业机械工程指导老师刘光帅副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TJ630.1U.D.C:623.946SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHEDYNAMICSIMULATIONUPONIMPACTOFTORPEDOANDTARGETINDIFFERENTMEDIUMGrade:2015Candi

2、date:MaZihengAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MechanicalEngineeringSupervisor:AssociateProf.LiuGuangshuaiMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和

3、汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作如下：1、建立雷靶碰撞的理论模型，并讨论碰撞参数与碰撞力之间的变化关系。通过杆的波动方程研究应力波对杆中质点加速度影响，并研究了质点加速度与脉冲载荷的变化关系。2、建立雷靶在空气中碰撞时的有限元模型，讨论结构材料及碰撞参数等对碰撞力和加速度响应的影响；讨论了应力波延迟情况，研究不同工况下应力波传播时所

4、需要的时间。3、建立雷靶在水中碰撞时的有限元模型，对水环境进行水压初始化和远场边界设定，讨论各工况下碰撞力和加速度的曲线变化，如水深、初始速度等。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要现代鱼雷可以采用多种发射方式攻击水下目标，但无论采用哪

5、种，都要经过水下航行至命中目标。而在命中目标瞬间会产生比较大的冲击载荷，这将给鱼雷壳体和鱼雷内部加速度检测装置带来极大的负面影响，严重时会造成相应零件损坏，不能输出起爆信号，最终导致鱼雷命中目标后不能正常引爆。因此，研究碰撞载荷和检测装置处加速度响应的影响因素，对提高鱼雷系统的可靠性具有重要意义。针对雷靶碰撞的动力学问题，本文首先对鱼雷、鱼雷入水及碰撞等问题的国内外研究进展做了回顾。其次采用弹簧-质量力学模型对碰撞振动问题进行理论研究，并对比讨论了初始速度、质量及材料刚度对碰撞载荷的影响。同时根据一维弹性杆波动方程求得杆的质心加速度，

6、并与刚性杆作对比，得到应力波对加速度的影响比较大；通过改变脉冲载荷分析加速度响应规律。最后从动力学软件LS-DYNA的有限元理论角度出发，着重介绍了显式算法、接触-碰撞和流固耦合等理论。以上内容为后期雷靶在多种介质中碰撞仿真分析提供了有力支持。基于以上研究内容，利用LS-DYNA对雷靶在空气中碰撞进行仿真分析。具体内容如下：1、对比讨论鱼雷头部材料对碰撞结果的影响，得到选用铝合金材料时碰撞载荷要比橡胶材料大；橡胶材料硬度越大，碰撞载荷也越大。2、定量分析雷靶碰撞时的初始速度、碰撞角度和鱼雷质量对碰撞载荷、检测装置处加速度响应的影响。3

7、、讨论了雷靶正碰和斜碰时应力波延迟情况，并通过波速理论对其进行校核。为获得更为真实的结果，结合流固耦合仿真技术模拟雷靶在水中的碰撞工况。具体内容如下：1、在雷靶周围建立水场模型，并在水场外围设定远场边界条件，以模拟鱼雷处在无限水域环境中；而后对整个模型进行静水压平衡处理，以实现水压环境。2、对比讨论多种模拟水中碰撞的仿真方法，如附加质量法、流固耦合法及考虑水压的流固耦合法，结果表明考虑水压后碰撞载荷要大些。3、选择不同的水深观察碰撞载荷的变化，证明碰撞载荷随着水深的增大而增大。4、选择与空气中相同的碰撞工况，所得碰撞结果与空气中的结果

8、形成对照。关键字：雷靶碰撞；动力学分析；碰撞载荷；加速度响应；流固耦合西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractModerntorpedoscanattackunderwatertargetbyavariet