理论教育 二维瞬态场仿真优化技巧

二维瞬态场仿真优化技巧

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:使用仿真软件Ansys Maxwell 建立二维轴对称结构有限元模型,将矩形截面按照阿基米德螺旋线绕制而成的发射线圈简化为矩形截面同轴线圈。仿真模型如图2 所示。外电路中高能脉冲电容器的额定电压为28.7 kV,额定电容为80 μF,外电感为18 μH,电阻为25 mΩ。仿真设置中考虑涡流的影响。图3、图4 和图5 分别为仿真得到的拦截弹发射速度随时间变化曲线、电磁力随时间的变化曲线以及拦截弹位移随时间变化曲线。

二维瞬态场仿真优化技巧

使用仿真软件Ansys Maxwell 建立二维轴对称结构有限元模型,将矩形截面按照阿基米德螺旋线绕制而成的发射线圈简化为矩形截面同轴线圈。由于简化后的电磁拦截器为轴对称结构,因此只需建立二分之一模型。仿真模型如图2 所示。

将线圈材料定义为铜,类型为实心,拦截弹材料为铝,底座材料为钢。飞板半径为51 mm,发射线圈中心初始距离b=10 mm,匝间距x=2 mm,线圈匝数为10,线圈高度为h=20 mm,宽度为a=2 mm,底座高度为34 mm,外径为61 mm,壁厚为10 mm,底座底部厚度为10 mm。外电路中高能脉冲电容器的额定电压为28.7 kV,额定电容为80 μF,外电感为18 μH,电阻为25 mΩ。仿真设置中考虑涡流的影响。

拦截弹在56 μs 时受到最大的电磁力,位移为0.28 mm。随后受到的电磁力不断振荡减小,最终在300 μs 时达到最大的运动速度48.14 m/s,此时位移为9.76 mm。图3、图4 和图5 分别为仿真得到的拦截弹发射速度随时间变化曲线、电磁力随时间的变化曲线以及拦截弹位移随时间变化曲线。

图2 二维仿真模型

图3 拦截弹速度随时间变化曲线(www.daowen.com)

图4 电磁力随时间变化曲线

图5 拦截弹位移随时间变化曲线

文献[9]中相同工况下试验得到发射速度为45 m/s,仿真中,拦截弹的最终发射速度为48.14 m/s,两者的相对误差为7%,仿真结果与试验结果符合较好,说明简化模型减少计算量的同时可以保证一定的准确性。

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