摘 要：對彈體動態(tài)特性分析時，理論計算是將彈體進(jìn)行質(zhì)點等效后作為梁結(jié)構(gòu)簡化，但所得結(jié)果精度比較低。實際現(xiàn)場試驗時通常采用試驗敲擊彈體產(chǎn)生激勵的有限元模態(tài)分析，但一定要有實體彈體結(jié)構(gòu)才能開展測試動態(tài)特性，本文針對飛行速度、長徑比都在不斷增加的彈體在進(jìn)行ANSYS動態(tài)特性仿真分析時采用的建模方式提出比較優(yōu)化，倡導(dǎo)在進(jìn)行復(fù)雜彈體結(jié)構(gòu)建模時采用合理簡化，用殼體的假密度、等效質(zhì)量模擬復(fù)雜的除彈體外的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使復(fù)雜彈體結(jié)構(gòu)模型的極大簡化和所耗求解時間大大降低，同時又能使求解精度足夠。

關(guān)鍵詞：精細(xì)建模；簡化建模；動態(tài)特性

在當(dāng)代武器系統(tǒng)研發(fā)過程中，大威力、遠(yuǎn)射程逐漸成為各個國家軍隊的強(qiáng)烈需求指標(biāo)，新型武器彈體的飛行馬赫數(shù)、彈體長度與直徑之比等指標(biāo)都比以往有較高增幅。而這些指標(biāo)對當(dāng)今武器系統(tǒng)的彈體設(shè)計的影響不可忽視，特別是整彈結(jié)構(gòu)在主被動端動態(tài)特性對彈體飛行中的內(nèi)外彈道性能干擾較大，因此就有必要對這些指標(biāo)影響的動態(tài)特性進(jìn)行分析研究。當(dāng)前比較常用的是采用有限元法進(jìn)行模態(tài)分析，常用的模態(tài)分析軟件有Ansys和Workbench。對彈體動態(tài)特性分析時，理論計算是將彈體進(jìn)行質(zhì)點等效后作為梁結(jié)構(gòu)簡化，但所得結(jié)果精度比較低。實際現(xiàn)場試驗時通常采用試驗敲擊彈體產(chǎn)生激勵的有限元模態(tài)分析，但一定要有實體彈體結(jié)構(gòu)才能開展測試動態(tài)特性。

本文通過采用ANSYS有限元分析軟件對彈體進(jìn)行模態(tài)仿真數(shù)值求解其動態(tài)特性，進(jìn)行彈體的精細(xì)建模和簡化建模，通過兩種建模條件下彈體動態(tài)特性的比較，探索效率更高而又不使有限元模態(tài)數(shù)值仿真精度下降的建模方式。

1 ANSYS模態(tài)分析原理

2 對彈體ANSYS建模

ANSYS中單位采用：毫米（mm），千克（kg），毫秒（ms），GPa。

進(jìn)行彈體有翼、內(nèi)部零部件、不同質(zhì)量密度等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精細(xì)建模，需要考慮實際結(jié)構(gòu)和材料的彈性模量和泊松比。精細(xì)建模后整體網(wǎng)格劃分如圖1所示。

進(jìn)行彈體簡化（將上述翼等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的質(zhì)量等效到彈體的各段回轉(zhuǎn)體零件質(zhì)量上）建模，對彈體進(jìn)行質(zhì)量等效，由彈體各零部件及外部回轉(zhuǎn)彈體殼體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行實體建模求得其理論體積，根據(jù)整個彈體等效質(zhì)量計算理論等效密度，即所謂的假密度。彈體各部份材料彈性模量均假設(shè)為鋼的彈性模量：E=210（GPa），泊松比均為：μ=0.3，等效密度取其等效質(zhì)量與體積所得出的理論值，簡化建模后整體網(wǎng)格劃分如圖2所示。

3 模態(tài)仿真數(shù)值求解及結(jié)果

在ANSYS進(jìn)行相關(guān)模態(tài)仿真設(shè)置，求解主被動段上述兩種模型的動態(tài)特性。如圖3所示為精細(xì)建模彈體在主動段的四階彎曲振型，求解時間較長，各階振型中含彈體結(jié)構(gòu)靜止?fàn)顟B(tài)下的比照（被動段該四階振型類似不再贅述，簡化建模同此；被動段彈體ANSYS有限元模型中燃燒室密度變?yōu)樽冃?，其余設(shè)置、網(wǎng)格劃分、求解規(guī)模等同主動段彈體ANSYS模型。）；如圖4所示為簡化建模彈體在主動段的四階彎曲振型，求解時間較短。兩種模型求解結(jié)果統(tǒng)計如下表所示。

4 結(jié)語

通過上述有限元數(shù)值仿真計算結(jié)果，比較精細(xì)建模彈體固有頻率和簡化建模彈主動段、被動段動態(tài)性的固有頻率，可以發(fā)現(xiàn)帶翼等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精細(xì)建模彈體結(jié)構(gòu)固有頻率和振型與簡化建模彈體的模態(tài)結(jié)果差別不大。在建模過程中，由于彈體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所以將組成整彈的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全部建模就顯得沒有必要。在彈體結(jié)構(gòu)進(jìn)行ANSYS求解模態(tài)即固有頻率與振型時，則整彈結(jié)構(gòu)建模的簡化要趨于適宜的求解規(guī)模，否則求解困難，且求解時間冗長。簡化建模的關(guān)鍵在于將除彈體外的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用回轉(zhuǎn)彈體的等效密度替代。這使復(fù)雜彈體結(jié)構(gòu)模型的極大簡化和所耗求解時間大大降低，同時又能使求解精度足夠，這為后續(xù)其他有限元仿真計算提供高效率及足夠精確求解的彈體簡化建模提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王力，曹紅松，等.柔性薄膜充氣翼動態(tài)特性仿真分析[J].機(jī)電技術(shù)，2015，4：62-64.

作者簡介：王力（1985-），男，碩士，助教，研究方向：機(jī)械設(shè)計與材料檢測。