Диссертация (1025246)
Текст из файла
Московский государственный технический университетимени Н.Э. Баумана(национальный исследовательский университет)На правах рукописиАСМОЛОВСКИЙ Николай АлександровичМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЛАБЫХТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ВЫСОКОСКОРОСТНОЕВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛС ГАЗОВЫМИ СРЕДАМИСпециальность 05.13.18 – Математическое моделирование,численные методы и комплексы программДиссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:д.т.н., доцентБаскаков В.Д.Москва – 20172СОДЕРЖАНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................5ГЛАВА 1.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИССЛЕДОВАНИЯ .................................................................................................. 111.1. Обзор исследований, посвященных математическомумоделированию процесса взаимодействия облицовок кумулятивныхзарядов с продуктами детонации ...................................................................... 121.2. Обзор исследований, посвященных математическомумоделированию процесса гиперзвукового взаимодействиявысокоскоростного элемента с низкоплотными средами .............................. 151.3.
Выводы по главе ......................................................................................... 18ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЛАБЫХТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ВЫСОКОСКОРОСТНОЕВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕНИСКОВОЙ ОБЛИЦОВКИ С ПРОДУКТАМИДЕТОНАЦИИ .......................................................................................................... 202.1. Расчетная схема ........................................................................................... 212.2. Математическая модель процесса формирования ................................... 232.2.1. Определяющие уравнения ..................................................................
242.2.2. Численный метод ................................................................................. 272.2.3. Численный алгоритм ........................................................................... 292.3. Модификация расчетной схемы ................................................................ 292.4. Моделирование слабых технологических возмущений .......................... 332.5.
Определение кинематических и геометрических параметроввысокоскоростного элемента ............................................................................ 382.5.1. Постановка задачи ............................................................................... 383Стр.2.5.2.
Определение конечных элементов, образующихвысокоскоростной элемент........................................................................... 402.5.3. Определение скорости и положения центра массвысокоскоростного элемента ....................................................................... 422.5.4. Определение геометрии высокоскоростного элемента ................... 442.5.5. Определение угла поворота высокоскоростного элемента............. 452.6. Комплекс программ для моделирования слабых технологическихвозмущений, расчета кинематических и геометрических характеристиквысокоскоростного элемента ............................................................................
472.7. Выводы по главе 2 ....................................................................................... 49ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЭЛЕМЕНТА С НИЗКОПЛОТНЫМИГАЗОВЫМИ СРЕДАМИ ........................................................................................ 503.1. Постановка задачи базовой модели взаимодействия .............................. 513.2.
Геометрическая модель складчатого высокоскоростного элемента ..... 523.3. Упрощенный аналог базовой модели ........................................................ 553.4. Численный алгоритм с автоматическим разрешением областивидимости ............................................................................................................ 583.4.1. Прямая геометрическая видимость ...................................................
603.4.2. Перекрытие поверхности .................................................................... 613.4.3. Алгоритм .............................................................................................. 633.4.4. Тестирование алгоритма ..................................................................... 643.4.5. Применение алгоритма для высокоскоростного элемента ............. 653.4.6. Сходимость комбинированного метода ............................................ 693.5. Программный комплекс АэроЕФП ........................................................... 744Стр.3.6.
Тестирование базовой модели и ее упрощенного аналога дляопределения силового взаимодействия высокоскоростного элемента снизкоплотной газовой средой ........................................................................... 763.6.1. Настройка параметров гидродинамического решателя .................. 763.6.2. Анализ упрощенной аналитической модели .................................... 793.6.3.
Применение АэроЕФП и сравнение с Flow Simulation ................... 803.7. Выводы по главе 3 ....................................................................................... 85ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХМОДЕЛЕЙ, АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ......................................................
864.1. Формирование складок при помощи неравномерности толщиныоблицовки ............................................................................................................ 874.2. Влияние несоосности наружной и внутренней поверхностейоблицовки на кинематические возмущения высокоскоростного элемента . 934.3.
Влияние суперпозиции несоосности и неравномерности толщиныоблицовки на кинематические и геометрические возмущениявысокоскоростного элемента ............................................................................ 974.4. Влияние складок в кормовой части высокоскоростного элемента напараметры силового воздействия низкоплотного газа ................................... 1034.5.
Выводы по главе 4 ....................................................................................... 107ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................. 109СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 1115ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Существует важный класс задач, посвященныйизучению влияния слабых технологических возмущений на быстропротекающиепроцессы. К таким задачам относятся воздействие продуктов детонациивзрывчатыхвеществнадеформируемыетелавусловияхвлияниятехнологических возмущений, процессы несимметричного высокоскоростногопластическогодеформирования,атакжевозмущенногодвижениянесимметричного тела в низкоплотных газовых средах.
Влияние технологическихпогрешностейнабыстропротекающиепроцессывнаибольшейстепенипроявляется в кумуляции, где слабые возмущения, в силу сходящегосявысокоскоростногодвижения,могутвызыватьзначительныенарушениясимметрии процесса высокоскоростного деформирования облицовки. Этоособенно заметно для кумулятивных зарядов с менисковой облицовкой.При взрыве кумулятивного заряда (КЗ) с менисковой облицовкой поддействием давления со стороны продуктов детонации из облицовки формируетсявысокоскоростной элемент (ВЭ) с внутренней полостью и складчатой кормовойчастью. В условиях действия малых технологических возмущений нарушаетсясимметрия кумуляции: ВЭ приобретает поперечную и угловую скорости идвижется в атмосфере по сложной траектории к преграде. Кроме того, в процессеформирования ВЭ может разрушиться.
Основным инструментом при разработке исовершенствованиитакогородаустройствявляетсяматематическоемоделирование.Изучению процесса несимметричной кумуляции уделяется большоевнимание, как в России, так и за рубежом. Например, в МГТУ им. Н.Э. Баумана иТулГУ разработаны приближенные методики, основанные на аналитическихзависимостях и экспериментальных данных.
Однако возможности таких методикограничены в силу несовершенства модельных представлений о механизмахвлияния слабых технологических возмущений на процессы высокоскоростного6деформирования твердых тел. Большинство исследований базируется начисленном анализе моделей механики деформируемого твердого тела. Особенноследует отметить работы МГТУ им. Н.Э. Баумана, Института Эрнста-Маха(Германия), Университета Поля Верлена (Франция), Сандийских национальныхлабораторий (США), Университета Техаса (США) в области анализа процессаформирования ВЭ, а также работы Нанкинского научно-технологическогоуниверситета (Китай) по влиянию особенностей детонации на форму ВЭ.Несмотря на важность проведенных исследований, малоизученнымиостаются вопросы влияния слабых возмущений технологической природы накинематические, геометрические и аэродинамические параметры ВЭ.
В этой связинеобходимо создание специализированных моделей, алгоритмов и программ,расширяющих возможности универсальных программных комплексов (ПК) такихкак LS-Dyna и Ansys Autodyn, применяемых для количественных исследованийпутем вычислительных экспериментов в области кумуляции.Цель проведенных исследований – разработка математических моделей,высокопроизводительных численных алгоритмов и программ для оценки влиянияслабых технологических возмущений менисковой облицовки на геометрические,кинематические и аэродинамические параметры высокоскоростного пологоэлементасоскладчатойкормовойчастью,формируемогопривзрывекумулятивного заряда.Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующихосновных задач:1. Разработка математической модели погрешностей менисковой облицовкикумулятивного заряда и алгоритма их введения в конечно-элементную расчетнуюсетку.2.
Разработка алгоритмов определения геометрических и кинематическихпараметров ВЭ с учетом нарушения его осевой симметрии и возможныхразрушений при взрывном обжатии менисковых облицовок.73. Разработка математической модели, высокопроизводительного алгоритмаи программы расчета для определения аэродинамических сил, действующих наВЭ с конической и складчатой кормовой частью при его движении сгиперзвуковой скоростью с учетом слабых кинематических возмущений,обусловленных технологическими погрешностями.Методы исследования. При решении задач диссертационной работыиспользовались различные классы математических методов: вычислительноймеханики сплошной среды, компьютерной графики, дискретной математики.Достоверность и обоснованность научных результатов и выводовгарантируетсясравнениемстрогостьюрезультатов,математическогополученныхприаппаратапомощииподтверждаетсяразличныхметодов.Разработанные алгоритмы и программы были проверены на тестовых задачах.Результаты диссертационной работы согласуются с известными результатамидругих авторов.Научная новизна.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
