在兵器设计中CAE仿真技术的应用

时间:2009-01-25   来源:CAD世界网   网友评论:0   人气: 389 作者:

[摘要]本文介绍了应用以ANSYS为代表的有限元CAE仿真技术对兵器行业发展的推动作用,介绍了有限元CAE仿真技术在兵器行业的主要研究内容和典型应用案例,并总结了常见的兵器结构的仿真关键点,最后提出了该领域存在的一些问题和发展思路。

  兵器科学技术的发展凝聚着人类的智慧,每个时代的兵器都代表着当时的科技水平。20世纪后,兵器的发展进入了现代兵器时代。现代兵器是更加复杂、性能优良的高科技武器系统。兵器科学技术已经逐渐形成了以空气动力学、爆炸力学、理论力学、材料力学、弹道学、电子学、光学、化学等为内容的综合性学科。

  常规兵器行业包括以下几类结构:坦克、装甲车辆行业,火炮行业,轻武器行业,弹药行业和军用光电、电子行业。

  常规兵器工业的发展趋势呈现以下特点:

  1)常规兵器工业将会继续进行结构调整,制造技术和加工手段将日益精良;

  2)常规兵器科研和生产领域的国际合作将不断加强,各国军品出口政策将更加灵活,世界军火市场的竞争将日益激烈;

  计算机辅助工程(CAE)技术,不但替代了大量的传统物理试件和试验,还能够帮助设计者快捷准确地判断兵器产品的功能、性能及各种战术指标的满足情况。CAE也可以帮助决策者在兵器产品设计早期,依据科学预测和数值以分析提高设计的决策水平和能力。通过引入CAE技术到兵器设计中,可以获得以下效益:

  1)CAE仿真可以有效地缩短新产品的开发研究周期,大幅度地降低产品研发成本;

  2)虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数,能够精确的预测出产品的性能和战术指标,以设计出高质量的产品;

  3)操作者可以在研制初期阶段就发现方案中可能存在的不合理现象,及早发现问题;

  4)各类用户(包括武器装备的研制部门、采购部门、训练部门和军事使用部门)可在合成环境中根据需要来综合应用各种仿真手段进行演习、训练和试验,以鉴定现有和研制中的武器装备的性能、战术部署和后勤保障;

  因此,在武器装备研制生产过程中,仿真系统已被规定列为必需的装备。

  一、CAE仿真技术用于兵器行业的主要研究内容及关键技术

  建国以来,我国的兵器装备的发展是沿着引进—仿制—改进—创新的路线发展,伴随着这一发展主线,该行业的研究人员所做的工作也是逐渐由基础分析、简单分析计算过渡到复杂分析、系统分析。尤其是兵器行业相关的科研院所和国内一些高校在近几年做了不少努力。

  随着常规兵器行业的飞速发展与日趋成熟,世界上很多国家在兵器行业投入的预研人员与装备也日趋精良和先进。我国在大型仿真软件方面的发展还相对比较落后,仿真技术工作主要借助于国外的软件来进行。

  就目前国内外CAE软件现状而言,ANSYS软件作为全球CAE领域主要领导者之一,为兵器工业中的坦克、车辆、火炮、枪械、弹药等产品的设计与仿真,提供了涵盖诸多领域的强有力的设计工具,可以说是提供了最全面的兵器工业CAE解决方案。

  1.主要应用CAE的仿真内容及典型应用

  常规兵器中,以火炮、坦克、轻武器以及弹药为主要内容,对于每个产品的研制,都可以利用ANSYS仿真来帮助设计人员预测产品性能和战技指标。

  (1)弹药及其战斗部的仿真

  为了适应现代战争需要,弹药需要具备:精确打击能力、远程压制能力、高效毁伤能力等性能。ANSYS系列软件包含了弹体强度与刚度分析、电子信息系统EMC/EMI分析、内外弹道的流体动力学分析、终点效应学的显式动力学分析等弹药和战斗部设计的主要领域,主要解决弹药的射程、威力、精度三大问题。

  典型应用案例如图1,图2,图3所示:






 

  另外,如气动加热下导弹弹体温度场有限元分析,导弹弹体动力响应有限元分析,装甲材料侵彻试验的数值仿真研究,散姿态可控离散杆战斗部数值算法研究,超声速半穿甲战斗部侵彻过程数值仿真,定向战斗部数值计算研究,钨合金空心弹体垂直侵彻间隔靶过程数值模拟研究等,现在均可以通过CAE仿真技术较好的实现预研和评价。


 

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