摘 要：对弹体动态特性分析时，理论计算是将弹体进行质点等效后作为梁结构简化，但所得结果精度比较低。实际现场试验时通常采用试验敲击弹体产生激励的有限元模态分析，但一定要有实体弹体结构才能开展测试动态特性，本文针对飞行速度、长径比都在不断增加的弹体在进行ANSYS动态特性仿真分析时采用的建模方式提出比较优化，倡导在进行复杂弹体结构建模时采用合理简化，用壳体的假密度、等效质量模拟复杂的除弹体外的复杂结构，使复杂弹体结构模型的极大简化和所耗求解时间大大降低，同时又能使求解精度足够。

关键词：精细建模；简化建模；动态特性

在当代武器系统研发过程中，大威力、远射程逐渐成为各个国家军队的强烈需求指标，新型武器弹体的飞行马赫数、弹体长度与直径之比等指标都比以往有较高增幅。而这些指标对当今武器系统的弹体设计的影响不可忽视，特别是整弹结构在主被动端动态特性对弹体飞行中的内外弹道性能干扰较大，因此就有必要对这些指标影响的动态特性进行分析研究。当前比较常用的是采用有限元法进行模态分析，常用的模态分析软件有Ansys和Workbench。对弹体动态特性分析时，理论计算是将弹体进行质点等效后作为梁结构简化，但所得结果精度比较低。实际现场试验时通常采用试验敲击弹体产生激励的有限元模态分析，但一定要有实体弹体结构才能开展测试动态特性。

本文通过采用ANSYS有限元分析软件对弹体进行模态仿真数值求解其动态特性，进行弹体的精细建模和简化建模，通过两种建模条件下弹体动态特性的比较，探索效率更高而又不使有限元模态数值仿真精度下降的建模方式。

1 ANSYS模态分析原理

2 对弹体ANSYS建模

ANSYS中单位采用：毫米（mm），千克（kg），毫秒（ms），GPa。

进行弹体有翼、内部零部件、不同質量密度等复杂结构的精细建模，需要考虑实际结构和材料的弹性模量和泊松比。精细建模后整体网格划分如图1所示。

进行弹体简化（将上述翼等复杂结构的质量等效到弹体的各段回转体零件质量上）建模，对弹体进行质量等效，由弹体各零部件及外部回转弹体壳体结构尺寸进行实体建模求得其理论体积，根据整个弹体等效质量计算理论等效密度，即所谓的假密度。弹体各部份材料弹性模量均假设为钢的弹性模量：E=210（GPa），泊松比均为：μ=0.3，等效密度取其等效质量与体积所得出的理论值，简化建模后整体网格划分如图2所示。

3 模态仿真数值求解及结果

在ANSYS进行相关模态仿真设置，求解主被动段上述两种模型的动态特性。如图3所示为精细建模弹体在主动段的四阶弯曲振型，求解时间较长，各阶振型中含弹体结构静止状态下的比照（被动段该四阶振型类似不再赘述，简化建模同此；被动段弹体ANSYS有限元模型中燃烧室密度变为变小，其余设置、网格划分、求解规模等同主动段弹体ANSYS模型。）；如图4所示为简化建模弹体在主动段的四阶弯曲振型，求解时间较短。两种模型求解结果统计如下表所示。

4 结语

通过上述有限元数值仿真计算结果，比较精细建模弹体固有频率和简化建模弹主动段、被动段动态性的固有频率，可以发现带翼等复杂结构的精细建模弹体结构固有频率和振型与简化建模弹体的模态结果差别不大。在建模过程中，由于弹体结构非常复杂，所以将组成整弹的复杂系统结构全部建模就显得没有必要。在弹体结构进行ANSYS求解模态即固有频率与振型时，则整弹结构建模的简化要趋于适宜的求解规模，否则求解困难，且求解时间冗长。简化建模的关键在于将除弹体外的复杂系统结构用回转弹体的等效密度替代。这使复杂弹体结构模型的极大简化和所耗求解时间大大降低，同时又能使求解精度足够，这为后续其他有限元仿真计算提供高效率及足够精确求解的弹体简化建模提供参考。

参考文献：

[1]祝效华，余志祥，等.ANSYS高级工程有限元分析范例精选[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]王力，曹红松，等.柔性薄膜充气翼动态特性仿真分析[J].机电技术，2015，4：62-64.

作者简介：王力（1985-），男，硕士，助教，研究方向：机械设计与材料检测。