引信仿真流程定制及仿真数据管理技术.docx
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引信仿真流程定制及仿真数据管理技术
引信仿真流程定制及仿真数据管理技术
摘要引信设计是一门多学科交叉的复杂性问题,而制定切实可行的仿真流程和仿真规范,可以提高仿真效率及准确性,可以使仿真工作实现标准化。
以磁流变延期解除保险机构为背景,完成了对引信部分仿真流程的定制以及仿真数据管理方案的探讨,并且通过数值仿真验证了该延期解除保险机构的延期解除保险性能及其影响因素,对引信机构的仿真流程定制以及仿真数据管理的探索有一定的参考价值。
主要研究内容有以下四方面:
1、根据流体力学以及小孔泄流理论,对流体流场进行了仿真流程定制,通过ANSYS软件具体仿真分析验证了理论模型的正确性,同时得到了泄流时间即延期解除保险时间与各因素的关系曲线图。
2、以磁路理论为基础,建立永磁体磁路,对磁场进行了仿真流程定制,并通过ANSYS具体仿真分析,验证了磁路设计的正确性和合理性。
3、利用VB所能提供的直观,简洁,方便的界面设计功能,通过VB封装技术避开复杂APDL宏的直接应用,使APDL宏技术通过交互式和参数化的方式自动生成,然后通过后台调用ANSYS执行仿真。
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4、对引信仿真数据制定切实可行的仿真数据管理方案,提出了仿真数据管理系统功能结构树,以及仿真数据管理系统体系结构。
关键词引信磁流变延期解除保险机构仿真流程定制仿真数据管理
毕业设计说明书(论文)外文摘要
TitleFuzesimulationprocesscustomizationand
simulationdatamanagementtechnology
Abstract
Fuzedesignisamultidisciplinarycomplexproblem.Todeveloppracticalsimulationprocessesandsimulationspecification,youcanmakethesimulationworkstandardize,improvesimulationefficiencyandaccuracyofthesimulationprocesscustomization.
2.1ANSYS及其二次开发工具APDL6
2.2界面设计语言VB6
2.3仿真数据管理SQLServer7
2.4本章小结7
3磁流变延期解除保险机构流场分析及仿真流程定制7
3.1条件分析及假设7
3.2磁流变延期解除保险机构流场泄流流程定制及具体实现步骤11
3.3本章小结17
4磁流变延期解除保险机构磁路分析及仿真流程定制17
4.1磁路分析及假设17
4.2永磁体磁路仿真流程定制及具体实现步骤19
4.3本章小结23
5引信延期解除保险机构智能化仿真分析系统用户界面的实现23
5.1VB对APDL宏的封装23
5.2VB对ANSYS的调用24
5.3VB对ANSYS计算结果的提取25
5.4用户界面的实现26
5.5本章小结30
6引信仿真数据管理研究30
6.1仿真数据管理的发展现状30
6.2引信仿真数据管理的层次结构32
6.3引信仿真数据管理探讨34
6.4本章小结35
结论36
致谢37
参考文献38
附录40
1绪论
1.1课题研究背景
随着科学技术不断发展,现代战争对武器系统的性能要求不断提高,对引信的要求也不断提高。
仿真技术可以加速产品开发和产品创新服务,根据行业规范和实际需求,制定切实可行的仿真流程和仿真规范,可以使仿真工作实现标准化。
仿真流程定制可以提高仿真效率及准确性。
本文是以磁流变液延期解除保险机构为研究对象,对其进行仿真流程定制分析,并对仿真数据管理进行方案探讨。
目前,机械行业广泛利用CAD/CAE技术。
在建立物理样机之前,通过计算机建立系统数字化模型,根据设计条件,进行仿真分析,以图形的方式模拟真实工况下的动态响应特性,从而实现结构的改进及优化。
通过数字化设计方法进行机床结构优化设计,实现了低成本、高效、优质的设计目标。
通过对ANSYS二次开发技术的研究,实现了ANSYS在VB编译环境中的封装,结合面向对象设计方法完成了软件与ANSYS的无缝集成。
提出了一种APDL语言的解析方法,利用VB前台友好、易用的人机交互界面,实现参数输入,调用ANSYS矩阵计算程序,
实现了考虑结合面特性的机床整机动态特性分析,工作流程如图1.1所示。
图1.1VB调用ANSYS计算程序的流程
由于基于VB的ANSYS二次开发方法,不同于以往的后台调用ANSYS的矩阵计算程序,而是将ANSYS运行环境集成到所开发的软件中,通过对APDL语言的解析,向ANSYS发送命令消息,以驱动特定功能的计算程序,所以该方法为ANSYS二次开发提供了一种新的解决途径,使设计人员在解决复杂工程问题,尤其是大型数控机床整机分析过程中,能够方便的通过面向对象的方式,完成ANSYS的高级应用与开发,对我国复杂机械结构的实际制造,快速走向数字化设计道路,具有切实的应用价值[2]。
1.2.2ANSYS二次开发技术在协同仿真环境中的应用
随着机械制造信息化的高度发展,机械行业进入了协同仿真时代。
协同仿真环境(CollaborativeSimulationEnvironment,简称为CSE)就是面向复杂机械系统,有效集成商用软件和自制软件,解决在工程机械产品研发过程中仿真分析流程和数据管理等问题,为仿真分析人员及管理人员提供简单易用的集成平台。
ANSYS软件作为一种以有限元分析为基础的大型通用CAE软件,已经广泛的应用到机械、化工、土木、材料、航空、船舶、汽车等领域中,是CSE的重要集成对象。
但ANSYS软件本身协同性能差,菜单重叠繁杂不便于操作,数据和流程管理困难等。
针对以上问题,综合运用多种工具对ANSYSl0.0进行二次开发,将其功能组件化,实现组件数据自动提取,开发友好的界面,采用Socket技术建立ANSYS与CSE之间的通信,以满足CSE集成框架的需求,实现CSE对ANSYS的无缝集成,如图1.2所示。
1.2.4国内智能化仿真技术的研究概况
国内仿真技术从制导控制系统半实物仿真向全系统仿真、从研制仿真向全生命周期仿真、从单纯技术仿真向管理与技术相结合的全方位仿真、从单兵器仿真向武器装备体系对抗仿真的全面发展,圆满地完成运载火箭、战略导弹、防空导弹等型号多批次的数学/半实物仿真试验,为型号研制、定型和飞行试验的成功发挥出重要技术支撑作用。
为适应新军事变革对武器装备的需求,国内突破惯性/光学复合制导仿真关键技术,建成多光路多波段可见光/红外成像仿真系统。
根据“以信息化带动工业化”发展需要,国内引入云计算理念,融合并行工程、项目管理、风险管理等技术,创新研发出支持虚拟样机/虚拟采办、具有自主知识产权的协同仿真系列化支撑平台软件,推动仿真技术发展到服务于武器装备全方位管理的新阶段[5]。
1.3引信智能化仿真技术发展概况
引信仿真技术就是利用模型对实际引信系统进行试验研究的技术过程。
由于实际引信工作在环境条件极为苛刻的自由空间状态,用实际引信做实验研究相当困难。
故引信仿真技术就显得十分重要,是现代引信研究不可缺少的手段,代表一个国家,一个部门的引信技术发展水平,引起国内外有关人士的重视。
从总体上看,引信是组成整个武器系统中的一个分系统,和武器系统有着密切的联系。
但引信本身又是一个具有特定功能的独立的分系统,组成引信的各部分相互以一定规律联系着,并赋予引信总体以特定功能。
基于这样的认识,引信仿真技术除和其他系统仿真技术有共性外,还有其特殊性,主要表现在以下两方面:
(1)引信仿真技术的两重性
由于引信本身是一个矛盾的统一体,既要保证引信的安全又要保证引信的可靠作用。
因此,对引信的模拟实验研究就包括安全系统仿真和可靠作用仿真两个独立方面。
安全系统仿真,包括勤务处理,发射周期及安全距离内各阶段;可靠性仿真,包括发射周期、弹道飞行期和与目标遭遇时的作用期。
这一阶段一般是极短的,但所经历的仿真环境条件最为恶劣,是引信仿真技术的重点。
(5)目标反射特性测试,信号提取与分析;
(6)作用过程的直观图形显示等。
1.4论文主要研究工作
目前,磁流变技术在引信上的应用尚未完全成熟,本文基于磁流变延期解除保险机构进行引信机构的仿真流程定制以及界面开发。
课题中研究内容分为三部分:
基于磁流变延期解除保险机构的仿真流程定制,利用VB语言对仿真界面的设计,仿真分析后的仿真数据管理,具体内容如下:
(1)引信延期解除保险的模型以及流场磁场的理论计算和仿真
根据流体力学的知识和磁路设计理论,分别建立磁流变液泄流模型永磁体磁路,并通过运用ANSYS软件进行有限元仿真,验证并优化计算结果。
(2)引信智能化仿真分析系统用户界面的实现
借助VisualBasic前台开发友好、方便、易用的人机交互界面,对复杂、难于理解和掌握的ANSYS命令流进行后台封装,用户只需要在前台界面的引导下输入必须的尺寸、材料性能和载荷系数,即可调用后台的ANSYS命令进行计算,分析计算后把计算结果返回给用户,进行后处理。
(3)引信延期解除保险机构仿真数据的管理
根据对引信延期解除保险机构仿真过后的数据定制切实可行的仿真数据管理方案。
2研究工具介绍
2.1ANSYS及其二次开发工具APDL
ANSYS软件是融结构,流体,电场,磁场,声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
它能与大多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换。
ANSYS软件可广泛用于核工业、铁道、石油工业、航天工业、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利和日用家电等一般工业及科学研究。
ANSYS软件的研究与开发不断汲取当今计算方法和计算机技术的最新发展,引领着有限元发展的趋势,并为全球工业界广泛接受,拥有全球最大的用户群[7]。
本文研究主要是利用VB可以提供功能强大而又使用方便的视窗式GUI界面。
2.3仿真数据管理SQLServer
SQLServer是一个关系数据库管理系统。
数据库引擎是SQLServer系统的核心服务,负责完成数据的存储、处理和安全管理。
SQLServer2000数据库引擎提供完整的XML支持。
它还具有构成最大的Web站点的数据存储组件所需的可伸缩性、可用性和安全功能。
SQLServer2000程序设计模型与WindowsDNA构架集成,用以开发Web应用程序,并且SQLServer2000支持EnglishQuery和Microsoft搜索服务等功能,在Web应用程序中包含了用户友好的查询和强大的搜索功能。
SQLServer2000和SQLServerAgent是作为Windows服务运行的。
每个服务必须与一个Windows帐户相关联,并从这个帐户中衍生出安全性上下文。
SQLServer允许sa登录的用户(有时也包括其他用户)来访问操作系统特性。
这些操作系统调用是由拥有服务器进程的帐户的安全性上下文来创建的。
如果服务器被攻破了,那么这些操作系统调用可能被利用来向其他资源进行攻击,只要所拥有的过程(SQLServer服务帐户)可以对其进行访问。
2.4本章小结
通过对仿真软件ANSYS的学习,让我了解到其功能的强大性以及二次开发工具APDL的广泛应用领域,为下面对本课题需要研究的内容打下了一定的基础。
在对VB的学习中,了解到其功能强大而又使用方便的视窗式GUI界面可以在本课题中的研究中得到应用,还有对仿真数据管理方面的学习也让后面仿真出来的结果能有所保存。
3磁流变延期解除保险机构流场分析及仿真流程定制
3.1条件分析及假设
弹道环境:
炮弹在发射时,炮筒内部物理环境十分复杂。
引信内部零件可能会受到后坐力、离心力、切线惯性力、哥式惯性力等多种力的综合作用。
而在炮口处,还将受到章动力的作用。
其中后坐力方向与弹轴平行,对磁流变液的泄流没有影响;离心力是由于弹丸高速旋转引起的,是旋转弹常选用的延期解除保险环境力之一;切线惯性力是由于质心偏离转轴而引起,在膛内时,一般不到后坐力的1/10到1/6,而在后效期以外弹道上,可以忽略不计;哥氏力方向与径向直径垂直,是由于零件做径向运动引起;在炮口处的章动力一般只有零件质量的几倍至几十倍。
由以上分析可知,对于高速旋转弹,后坐力和离心力对磁流变引信的影响最大。
一是,磁流变效应极为短暂,一般只为几个毫秒,且磁流变液的逆向转变要比由液态变为固态时间短暂的多。
二是,流体是在弹丸达到一定转速之后才泄流,而这段时间内磁流变液往往会已经达到零磁场状态。
磁流变液运动特性分析:
雷诺数是判定流体流动形态的依据,其计算公式为,
式中:
ρ为流体密度;V为流速;d为流管直径;μ为流体动力学粘度。
根据雷诺数准则可知:
当Re<2320时,流动为层流;当Re>13800时,流动为湍流,当2320<Re<13800时,流动可能是层流,也可能是湍流。
根据流体参数和结构参数,取、、、计算可得Re<2320,故本机构中磁流变液的流动属于层流范围。
建模前提及假设:
在实际应用过程中,磁流变液的流动环境十分复杂,泄流时间的计算也十分的困难。
为了简化,作出如下假设:
(1)由于永磁体下落后,磁流变液区域的磁场强度几乎为零,故而忽略磁场对流体的影响;
(2)从弹丸发射到引信解除保险,磁流变液的流动受离心力、活塞推力、切线惯性力和摩擦力等多种外力的共同作用。
然而,在这些力中,离心力和活塞推力起主导作用,其他作用力对流体的泄流的影响相对很小,故而予以忽略;
(3)温度的改变一定程度上会影响磁流变液的流动特性,但由于流体泄流时间很短,可近似认为在磁流变液的流动过程中,流体不受温度的影响;
(4)在外弹道上,弹丸的角速度会因为空气阻力等的作用会有一定的减小,为了简化计算,假设弹丸角速度在泄流期间不变;
可得,磁流变液此时流量为:
(3-3)
(5)泄流时间计算
根据图3.1,可知:
(3-4)
联立(3-1)和3-2)式,并进行积分可得:
(3-5)
式中,常数A、B、C分别为
对于同一种火炮,火炮炮口初速与角速度之间的关系为:
(3-6)
由此可得,该机构的延期解除保险距离为:
(3-7)
从式(3-7),可以看出位移与速度无关,那也就是说弹丸装药量的大小对磁流变液延期解除保险机构的延期保险距离散布影响很小,有利于实现机构的通用化。
3.2磁流变延期解除保险机构流场泄流流程定制及具体实现步骤
本课题以磁流变延期解除保险机构为研究对象,进行其流程定制分析,对其泄流过程的总体流程定制如图3.2所示。
引信仿真流程定制及仿真数据管理技术(8):
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