本發(fā)明實現(xiàn)了一種基于ANSYS軟件平臺，使用雙向流固耦合技術(shù)，對強迫角振動條件下彈丸內(nèi)彈道運動狀態(tài)和流場分布情況進行模擬的三維仿真方法。彈丸在膛內(nèi)運動直到出膛的過程是一個高溫、高壓、多化學(xué)反應(yīng)的過程，實際實驗測量較為困難。利用數(shù)值仿真技術(shù)模擬此過程有助于分析彈丸在膛內(nèi)運動的狀態(tài)和流場變化。本發(fā)明使用雙向流固耦合數(shù)值模擬方法引入火炮身管強迫角振動方程，對強迫角振動條件下彈丸由靜止到出膛的過程進行了數(shù)值模擬。本發(fā)明方法仿真所得結(jié)果有助于研究火炮行進間產(chǎn)生強迫角振動時，發(fā)射彈丸的運動狀態(tài)和膛內(nèi)外流場分布情況，對自行武器裝備的研究開發(fā)具有一定意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙向流固耦合技術(shù)，具體涉及一種基于ANSYS的強迫角振動條件下彈丸內(nèi)彈道運動仿真方法。

背景技術(shù)

自行武器行進間的射擊能力已經(jīng)成為評價自行武器作戰(zhàn)性能的重要指標(biāo)。為了滿足戰(zhàn)場上實際情況需要，帶有火炮的自行武器需要在高速行進的過程中發(fā)射彈丸，而發(fā)射時由于路面激勵的影響，通常會導(dǎo)致其產(chǎn)生一定的隨機振動。隨機振動是由多種振動方式共同作用形成成的復(fù)雜運動。其中，強迫角振動會對彈丸的運動產(chǎn)生明顯影響，進而導(dǎo)致彈丸命中精度的下降。采用雙向流固耦合方法模擬強迫角振動條件下彈丸的膛內(nèi)運動有助于分析彈丸在受到影響后運動狀態(tài)的變化。

程誠等人([1]程誠,張小兵.內(nèi)彈道兩相流三維并行數(shù)值模擬[J].兵工學(xué)報,2019,40(04):769-776.)根據(jù)火藥燃燒模型和內(nèi)彈道方程組建立了三維仿真模型。但該方法只考慮了流場分布對彈丸運動的影響，忽視了彈丸與膛壁之間的作用以及固體結(jié)構(gòu)的變形情況。此方法無法研究彈丸除流場因素外所受到的影響。

孫玉杰等人([2]孫玉杰,崔青春,丁宏民,徐堅,郭俊行.SPH-FEM耦合方法在彈丸膛內(nèi)運動中的應(yīng)用[J].振動與沖擊,2019,38(08):166-172+187.)使用SPH-FEM耦合方法在顯示動力學(xué)中分析了彈丸在內(nèi)彈道過程中的受力情況，得到了彈丸的運動狀態(tài)。此方法能用于分析振動過程中火炮身管與彈丸間的摩擦、受力及變形，但沒有流場，無法同時考慮流場對彈丸的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于ANSYS的強迫角振動條件下彈丸內(nèi)彈道運動仿真方法，研究火炮在強迫角振動條件下發(fā)射時彈丸內(nèi)彈道運動情況及其出膛狀態(tài)，為實際試驗和后續(xù)的改進、研發(fā)工作提供參考。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于ANSYS的強迫角振動條件下彈丸內(nèi)彈道運動仿真方法，包括如下步驟：

步驟1，建立強迫角振動控制方程，得到強迫角振動角速度表達式；

步驟2，采用三維計算機輔助設(shè)計軟件SOLIDWORKS建立火炮身管、彈丸和流場的三維幾何模型，并輸出幾何模型文件；

步驟3，將建立的幾何模型導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件平臺，通過布爾運算分割固體域和流體域，并將流場區(qū)域細(xì)分為內(nèi)流場、過渡區(qū)和外流場，再在mesh模塊中劃分網(wǎng)格；

步驟4，在ANSYS Workbench軟件平臺建立雙向流固耦合求解器，設(shè)置仿真條件，進行雙向流固耦合數(shù)值模擬，得到彈丸的運動狀態(tài)和炮膛內(nèi)外流場分布；

步驟5：根據(jù)實際路面條件和車輛性能參數(shù)，得到相應(yīng)的強迫角速度變化方程，結(jié)合步驟2-4進行數(shù)值計算，得到需要的彈丸運動參數(shù)和流場分布結(jié)果。

進一步的，步驟1中，建立強迫角振動控制方程，得到強迫角振動角速度表達式，具體方法為：

根據(jù)履帶車輛運動時的振動特性，構(gòu)建履帶車輛強迫角振動微分方程為：

式中，I_y為懸掛部分的轉(zhuǎn)動慣量，t為時間，ω為振動角速度，M_k為彈性力矩；

又有：