弹丸/膛线相互作用的大滑移接触同几何分析方法研究

本研究有别于膛线导转侧正压力的经典计算方法和有限元法而提出一种基于同几何分析概念的大滑移接触算法，用于精确地仿真弹丸与膛线的接触动力学规律，有望从根源上解决有限元接触分析方法由于网格几何逼近产生的若干数值计算问题。研究弹丸和膛线身管三维CAD模型向NURBS几何转换的机理，建立适用于弹丸和膛线身管NURBS几何的基函数，通过对NURBS几何的数学描述、参数化、插值与修补方法进行研究，给出弹丸和膛线身管的统一NURBS几何精确描述；针对弹丸沿膛线大位移运动的特点，对接触几何的精确描述、考虑摩擦时的能量耗散计算、接触点判定、大滑移路径跟踪等开展研究，形成弹丸和膛线大滑移接触问题的同几何分析理论、算法及程序,研究弹带和膛线的结构参数、制造公差和磨损对发射特征的影响规律。本项目的实施将促进同几何分析理论的进一步发展,为武器瞬态力学设计分析提供重要的理论和计算支撑，具有重要的理论意义和军事应用价值。

针对弹丸沿膛线身管的大滑移接触问题，提出了一种增广拉格朗日形式的大滑移接触同几何分析算法，有效地解决了有限元接触分析方法由于网格几何逼近产生的若干数值计算问题。系统地研究了NURBS数据结构剖析、数据提取和存储原理、三维造型理论、缝合与细化方法，揭示了弹丸和膛线身管三维CAD模型向NURBS几何转换的机理。建立了适用于弹丸和膛线身管NURBS几何的基函数，研究了NURBS几何连续性、NURBS曲线曲面的升阶与插入、多变量NURBS边界、NURBS单元的统一数学描述，完成了弹丸和膛线身管的NURBS几何精确表征。针对弹丸沿膛线身管大位移运动的特点，对接触几何的精确描述、尖角的光滑处理、接触点判定、大滑移路径跟踪等进行了研究，提出将一种增广拉格朗日法应用到同几何接触分析中，有效地抑制罚因子对数值计算产生的不利影响，形成了弹丸和膛线身管大滑移接触问题的同几何分析理论、算法及程序，通过数值计算揭示了弹带结构参数对发射性能的影响规律。本项目取得的研究成果对促进同几何分析理论的进一步发展，为火炮武器弹炮药一体化瞬态力学设计分析提供重要的理论和计算支撑，具有重要的理论意义和军事应用价值。