高g值冲击下泡沫铝填充变截面壳缓冲吸能特性研究

摘要

在弹体侵彻硬目标过程中，弹载测控电路承受高g值加速度冲击作用。为了对测控电路进行更好的缓冲保护，本文提出了阶梯形变截面金属壳的几何构型。在不同半正弦高g值加速度载荷下，设计了多组不同厚度的变截面壳及等效厚度的圆柱壳作为缓冲元件，对记录电路进行单次或者多次缓冲保护，从屈曲模态、比吸能、加速度缓冲效果等方面进行缓冲吸能特性评估。并通过落锤试验对结构的缓冲特性进行验证。此外，泡沫铝填充壳结合了壳结构载荷波动小和泡沫铝具有变形能力大、密度小等优点，因此，以冲击过程中泡沫铝填充变截面壳吸收能量最大化及测控电路承受加速度幅值最小化为目标约束函数，壳厚度及泡沫铝密度为优化参数，基于多项式响应面模型和目标规划法对泡沫铝填充变截面壳的缓冲吸能特性进行了多目标优化。最后以变截面壳和优化的泡沫铝填充壳结构作为缓冲元件在弹体侵彻多层钢板情况下对记录电路进行缓冲保护。结果表明:(1)变截面壳的屈曲模态为从厚度较小一端依次屈曲变形的轴对称叠缩模式，这样更好地降低了加速度初始幅值，又能避免后阶段被压实而导致的加速度幅值大幅度增大的情况，且吸能效果相对是最理想的，因此，变截面壳对于弹体侵彻多层靶时对电路的缓冲保护具有重要研究意义。(2)多目标优化综合考虑了评价结构抗冲击性能的多个重要指标，在一定载荷作用下对于选取更优的缓冲结构具有重要指导意义。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 薄壁构件研究现状

1．2．2 泡沫铝填充壳结构研究现状

1．2．3 多目标优化研究现状

1．3 本文的主要研究内容与创新点

2 ANSYS／LS-DYNA程序和多目标优化的基础理论

2．1．1 单元特性及定义

2．1．2 材料模型简介

2．1．3 边界条件的施加

2．2 多目标优化问题理论基础

2．2．1 全因子试验设计

2．2．2 多项式响应面模型

2．2．3 目标规划法

3．1 有限元模型

3．1．1 几何模型及网格划分

3．1．2 材料模型及接触设置

3．2 变截面壳单次缓冲数值计算结果分析

3．2．1 屈曲模态分析

3．2．2 能量吸收分析

3．2．3 加速度缓冲效果分析

3．2．4 不同载荷作用下缓冲性能对比

3．3 变截面壳多次缓冲数值计算结果分析

3．3．1 屈曲模态分析

3．3．2 加速度缓冲效果分析

3．3．3 吸能效果分析

3．4 落锤试验验证

3．4．1 落锤试验简介

3．4．2 试验结果分析

3．5 本章小结

4 变截面填充壳轴向冲击下缓冲性能多目标优化

4．1 有限元模型

4．1．1 几何模型及网格划分

4．1．2 材料模型

4．1．3 接触设置及加载

4．2 优化问题的描述

4．3 多目标优化过程

4．3．1 试验点选取

4．3．2 样本点有限元模拟结果

4．3．3 构造近似目标函数

4．3．4 优化结果分析

4．4 本章小结

5 弹体高速侵彻钢靶下变截面填充壳缓冲性能研究

5．1 有限元模型

5．2 弹体侵彻钢靶缓冲元件缓冲效果分析

5．2．1 金属壳屈曲模态分析

5．2．2 加速度缓冲效果分析

5．2．3 缓冲元件吸能分析

5．3 本章小结

6．1 研究工作总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及研究成果

致谢