基于RADIOSS的模块化防护分析.doc

基于RADIOSS的模块化防护分析文中建立模块化防护模型，并采用RADIOSS求解器对模块化防护进行求解。通过对比以及分析验证了其良好的防护性能，为其结构改进提供了一定的参考作用。1 概述 坦克装甲车辆的装甲防护是由增强装甲的车体和炮塔来保证的。炮塔内有坦克的主要武器，作为保护坦克主要战斗部分的重要组成部分，其刚强度关系到坦克的作战能力。随着反坦克武器的不断发展，炮塔亦需不断增强其防护能力。 以增加装甲厚度来提高防护能力将带来重量及体积增大的问题，已不能满足现代作战的需求。目前世界主战坦克炮塔多采用焊接炮塔的形式。炮塔外可灵活采用焊接、安装、加挂等各种类型装甲以增强炮塔的防护能力。模块化炮塔的装甲不需要增加装甲的厚度和重量就能提高抗击反坦克弹药的穿甲能力，便于对装甲及时更换。模块化装甲在其损坏时能够实现快速更换，而且更换工作可在野战条件下实施。 Altair RADIOSS是一个功能强大的有限元求解器，包含显式和隐式时间积分求解算法，同时支持拉格朗日、欧拉和ALE算法。采用RADIOSS技术，用户可以自由地选择采用动态、静态或瞬态的方式实现对大应变和大位移等非线性结构、流体、流固耦合问题的仿真求解。本文将采用集成在HyperWorks软件包中的RADIOSS求解器对未被击穿情况下的模块化炮塔防护进行分析。2 模型建立 2.1 几何模型 本文模型由炮塔和车体部分组成，炮塔连接在车体上，车体则通过简化的悬架连接到地面。本文的几何模型使用Solidworks软件建立，分别建立炮塔的各块装甲板以及车体并装配，然后导入到HyperMesh中形成求解所需要的有限元模型。如果几何模型质量不好，模型的一些几何信息在导入HyperMesh后会出现部分几何信息失真，如导入曲面数据时可能会存在缝隙、重叠、边界错位等缺陷，直接进行单元剖分会导致单元质量不高，影响求解精度。鉴于上述原因，在CAD模型导入后，进行网格划分之前需先进行必要的几何清理工作。点击图片查看大图 图1 炮塔模块化装甲示意图 2.2 有限元模型 本文炮塔和弹丸以及炮塔装甲板之间的焊缝都采用体单元划分。由于车体不是本文主要研究对象，且对仿真结果影响不大，因此在划分网格时将车体定义为刚体。平衡肘采用弹簧阻尼单元spring来近似模拟，并进行换算后设置其质量Mass和刚度K。 整个模型单元数量为117886，其中体单元数量为111517，壳单元数量为549，节点数量为41654。建立的有限元模型如图2。点击图片查看大图 图2 有限元模型 2.3 初始条件 弹丸质量17Kg，位于炮塔左前装甲正前方，初速为1000m/s。 炮塔质量16Ton，固定连接在车体上。 车体质量35Ton，简化悬架底部约束6个自由度。3 仿真求解 编写Engine File文件，仿真时间为030ms，动画步长为0.5ms，然后导出rad文件，使用RADIOSS求解可得到仿真结果。最后在HyperView中读取结果文件可得到动画及曲线。 通过模块化装甲炮塔和非模块化装甲炮塔应力的对比，可以看出非模块化装甲炮塔在被击中后危险区域较大，而且对炮身影响较大，被击中后虽未击穿但损伤较严重。模块化装甲炮塔在被击中后危险区域主要集中在被击中装甲板及其上方装甲板，其它部位影响较小，各装甲板之间连接良好未出现分离，而且模块化装甲炮塔能够在野战条件下实现快速更换损伤的装甲板。点击图片查看大图 图3 非模块化装甲炮塔应力云图点击图片查看大图 图4 模块化装甲炮塔应力云图 模块化装甲炮塔应力最大处位于碰撞处附近单元E4475136，该单元10ms内的应力曲线如下图5所示。点击图片查看大图 图5 单元E4475136应力曲线4 结论 HyperWorks集成了RADIOSS求解器和OptiStruct优化求解器，能分析多种问题。本文运用HyperMesh