本发明涉及双向流固耦合技术，具体涉及一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法。
背景技术：
：自行武器行进间的射击能力已经成为评价自行武器作战性能的重要指标。为了满足战场上实际情况需要，带有火炮的自行武器需要在高速行进的过程中发射弹丸，而发射时由于路面激励的影响，通常会导致其产生一定的随机振动。随机振动是由多种振动方式共同作用形成成的复杂运动。其中，强迫角振动会对弹丸的运动产生明显影响，进而导致弹丸命中精度的下降。采用双向流固耦合方法模拟强迫角振动条件下弹丸的膛内运动有助于分析弹丸在受到影响后运动状态的变化。程诚等人([1]程诚,张小兵.内弹道两相流三维并行数值模拟[j].兵工学报,2019,40(04):769-776.)根据火药燃烧模型和内弹道方程组建立了三维仿真模型。但该方法只考虑了流场分布对弹丸运动的影响，忽视了弹丸与膛壁之间的作用以及固体结构的变形情况。此方法无法研究弹丸除流场因素外所受到的影响。孙玉杰等人([2]孙玉杰,崔青春,丁宏民,徐坚,郭俊行.sph-fem耦合方法在弹丸膛内运动中的应用[j].振动与冲击,2019,38(08):166-172 187.)使用sph-fem耦合方法在显示动力学中分析了弹丸在内弹道过程中的受力情况，得到了弹丸的运动状态。此方法能用于分析振动过程中火炮身管与弹丸间的摩擦、受力及变形，但没有流场，无法同时考虑流场对弹丸的作用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，研究火炮在强迫角振动条件下发射时弹丸内弹道运动情况及其出膛状态，为实际试验和后续的改进、研发工作提供参考。实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，包括如下步骤：步骤1，建立强迫角振动控制方程，得到强迫角振动角速度表达式；步骤2，采用三维计算机辅助设计软件solidworks建立火炮身管、弹丸和流场的三维几何模型，并输出几何模型文件；步骤3，将建立的几何模型导入ansysworkbench软件平台，通过布尔运算分割固体域和流体域，并将流场区域细分为内流场、过渡区和外流场，再在mesh模块中划分网格；步骤4，在ansysworkbench软件平台建立双向流固耦合求解器，设置仿真条件，进行双向流固耦合数值模拟，得到弹丸的运动状态和炮膛内外流场分布；步骤5：根据实际路面条件和车辆性能参数，得到相应的强迫角速度变化方程，结合步骤2-4进行数值计算，得到需要的弹丸运动参数和流场分布结果。进一步的，步骤1中，建立强迫角振动控制方程，得到强迫角振动角速度表达式，具体方法为：根据履带车辆运动时的振动特性，构建履带车辆强迫角振动微分方程为：式中，iy为悬挂部分的转动惯量，t为时间，ω为振动角速度，mk为弹性力矩；又有：式中：θ为振动角度，k为刚度系数，li为履带轮中心到重心的水平距离，h为合成干扰力矩曲线最大幅值除以刚度系数后的值，v为水平速度，l为沿x轴的振动波长，t为振动周期；根据上面三式，解得角速度ω的表达式为：其中：进一步的，步骤2中，采用三维计算机辅助设计软件solidworks建立火炮身管、弹丸和流场的三维几何模型，并输出几何模型文件，其中，弹丸整体呈流线型，弹带尺寸略小于火炮口径。进一步的，步骤3中，将建立的几何模型导入ansysworkbench软件平台，通过布尔运算分割固体域和流体域，并将流场区域细分为内流场、过渡区和外流场，再在mesh模块中划分网格，其中，为了适应动网格的需要，弹丸和身管附近的内流场区域和过渡区域划分二阶四面体网格，在外流域区域划分六面体网格。进一步的，步骤4中，在ansysworkbench软件平台建立双向流固耦合求解器，设置仿真条件，进行双向流固耦合数值模拟，得到弹丸的运动状态和炮膛内外流场分布，其中，进入ansysworkbench软件平台后，通过transientstructural模块进行结构动力学求解，通过fluent模块进行流体动力学求解，通过systemcoupling模块实现transientstructural模块和fluent模块的信息交换，最终得到弹丸在膛内各时刻及出膛时的运动状态参数，包括位移、速度、出膛时间、应力分布，以及炮管内外流场的分布情况，具体方法为：将固体域网格导入transientstructural计算模块，在transientstructural模块中，设置弹丸和火炮身管的材料参数、弹丸和身管接触面、弹丸旋转速度、火炮身管的强迫角振动角速度ω、重力大小和方向、流固耦合面等条件，求解各时刻弹丸的运动状态，并结合弹丸和火炮身管的几何形状，计算弹丸的质量，给出材料密度、弹性模量、泊松比等参数；transientstructural模块求解过程中，控制固体运动的基本方程如下：式中：ms为质量矩阵；cs为阻尼矩阵；ks为刚度矩阵；rs为固体位移；τs为固体所受到的应力；每个时间步求解完成后，保存弹丸的位移、受力、变形等状态数据，并将所得弹丸的位移数据通过systemcoupling模块传递给fluent模块，作为fluent模块中的计算条件；将流体域网格导入fluent模块，在transientstructural模块中，将拟合的膛底压力曲线方程作为入口压力条件，并设置压力出口、湍流方程、动网格、求解方法、求解时间步长等条件，结合从transientstructural模块中得到的弹丸运动数据，求解各时刻流场的分布情况，保存求解结果，再将流固耦合面对应的接触面上的压力信息通过systemcoupling模块传递回transientstructural模块中，transientstructural模块将根据上一个时间步的计算结果和fluent中的反馈数据开始进行下一个时间步的计算；fluent模块求解过程中，流体受三大守恒方程控制分别是：(1)质量方程：式中：ux、uy、uz分比为x、y、z方向的速度分量；t为时间；ρ为密度。(2)动量方程：式中：u为速度矢量；p为流体微单元体上的压强；μ是流体的动力粘度；f为体积力；为哈密顿算子。(3)能量方程：式中：e为流体微团的总能，包含内能、动能和势能之和；p为流体微单元体上的压强，jj为组分为j的扩散通量；hj为组分为j的焓；keff为有效热的传导系数；τeff为有效粘性应力；sh为热源项。systemcoupling模块作为数据交换的通道，在systemcoupling模块中设置数据交换内容、求解时间、求解步数这些条件，以控制两个模块的共同求解时间和步长；systemcoupling中进行数据交换的过程中，双向流固耦合作用需要进行流体和固体间的位移、受力结果的等量交换，其控制方程记为：n·τf＝n·τsrf＝rs式中：τf为交界面处流体受力；rf为交界面处流体位移；n为单位矢量。通过上述数值模拟，得到了弹丸在膛内各时刻及出膛时的运动状态参数，包括位移、速度、出膛时间、应力分布，以及炮管内外流场的分布情况。一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真系统，基于任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)将身管强迫角振动振动与双向流固耦合数值模拟相结合，分析了该振动条件下弹丸运动状况和流场分布，既考虑了流场变化对弹丸的作用又考虑了弹丸和身管的变形和摩擦，所得结果更加准确，贴近实际。2)在本方法在初期研究中比起实际实验测试，效率更高、安全性更高、性价比更高。附图说明图1为弹丸几何模型图。图2为二分之一流场模型场的示意图。图3为测量弹底压力与仿真得到弹底压力的对比图。图4为弹丸开始运动时膛口产生的初始激波速度云图。图5为一段时间后瓶状激波逐渐形成的速度云图。图6为弹丸出膛后的速度云图。图7为弹丸出膛后形成二次激波的压力云图。图8为强迫角振动影响下的炮口位移图。图9为弹丸位移变化图。图10为弹丸位移变化的局部放大图。图11为弹丸与原方向垂直的偏移速度曲线图。具体实施方法为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。弹丸发射过程极其复杂，整个过程涉及火药化学变化、材料弹塑性变形及结构之间的接触碰撞等诸多复杂的物理化学过程，炮弹发射时的整个流场又是一个多维、多相、含高速运动弹丸并带有强烈化学反应的非定常气体流场。针对上述内容，要建立一个全面、完整的数学模型是及其困难的，为了有效简化计算模型，本发明根据火炮发射过程中的复杂变化和弹丸内弹道运动状况，对整个内弹道过程中的数值模拟模型作出如下的基本假设：(1)发射过程为绝热过程且无热交换。(2)忽略火药燃气内部成分间相互化学反应的影响，将其视为与外界空气相同的理想气体介质，并完全服从气体状态方程；火药气体由压力入口进入身管，压力大小是时间的函数，以此模仿火药气体不断产生的过程。(3)完整的数值模拟过程为弹丸获得初速在膛内运动至完全飞离膛口的过程。(4)简化发射装置和弹丸的几何模型。(5)不考虑除强迫角振动外的其它振动影响且身管振动情况与车辆整体保持一致。(6)弹丸在出膛过程中做匀加速旋转。基于上述假设，将炮管振动与数值模拟相结合，利用ansys中双向流固耦合方法，模拟身管发生强迫角振动时，管内静止弹丸在膛底压力推动下不断加速直到出膛的过程，在这个过程中，固体域根据材料性质和受力，发生与实际情况相符的位移和变形，流场分布也随之发生变化。基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真，具体步骤如下：步骤1：建立强迫角振动控制方程，得到强迫角振动角速度表达式。根据履带车辆运动时的振动特性，履带车辆强迫角振动微分方程可写为：式中，iy为悬挂部分的转动惯量，ω为振动角速度，mk为弹性力矩。又有：式中：θ为振动角度，k为刚度系数，li为履带轮中心到重心的水平距离，h为合成干扰力矩曲线最大幅值除以刚度系数后的值，v为水平速度，l为沿x轴的振动波长，t为时间，t为振动周期。根据上面三式，可解得角速度ω的表达式为：其中：步骤2，采用三维计算机辅助设计软件solidworks建立火炮身管、弹丸和流场的三维几何模型，并输出几何模型文件。弹丸整体呈流线型，弹带尺寸略小于火炮口径。火炮身管亦可作一定简化。步骤3，将步骤1建立的几何模型导入ansysworkbench软件平台，首先通过布尔运算分割固体域(弹丸、炮管)和流体域(流场)，并将流场区域细分为内流场、过渡区和外流场，然后在mesh模块中划分网格。为了适应动网格的需要，弹丸和身管附近的内流场区域和过渡区域划分二阶四面体网格，在外流域区域划分六面体网格。步骤4，在ansysworkbench软件平台建立双向流固耦合求解器，设置仿真条件，开始双向流固耦合数值模拟，保存仿真结果。进入ansysworkbench软件平台，通过transientstructural模块进行结构动力学求解，通过fluent模块进行流体动力学求解，通过systemcoupling模块实现transientstructural模块和fluent模块的信息交换，最终得到弹丸在膛内各时刻及出膛时的运动状态参数，包括位移、速度、出膛时间、应力分布，以及炮管内外流场的分布情况。将步骤3中的固体域(弹丸和炮管)网格导入transientstructural计算模块，流体域网格导入fluent计算模块。在transientstructural模块中，设置弹丸和火炮身管的材料参数、弹丸和身管接触面、弹丸旋转速度、火炮身管的强迫角振动角速度ω、重力大小和方向、流固耦合面等条件，求解各时刻弹丸的运动状态，进行计算，并结合弹丸和火炮身管的几何形状，计算弹丸的质量，给出材料密度、弹性模量、泊松比等参数。transientstructural模块求解过程中，控制固体运动的基本方程如下：式中：ms为质量矩阵；cs为阻尼矩阵；ks为刚度矩阵；rs为固体位移；τs为固体所受到的应力。每个时间步求解完成后，保存弹丸的位移、受力、变形等状态数据，并将所得弹丸的位移数据通过systemcoupling模块传递给fluent模块，作为fluent模块中的计算条件。将流体域(内流场、过渡区和外流场)网格导入fluent模块，将拟合的膛底压力曲线方程作为入口压力条件，并设置压力出口、湍流方程、动网格、求解方法、求解时间步长等条件，结合从transientstructural模块中得到的弹丸运动数据，求解各时刻流场的分布情况，保存求解结果，再将流固耦合面对应的接触面上的压力信息通过systemcoupling模块传递回transientstructural模块中，transientstructural模块将根据上一个时间步的计算结果和fluent中的反馈数据开始进行下一个时间步的计算。fluent模块求解过程中，流体受三大守恒方程控制分别是：(1)质量方程：式中：ux、uy、uz分比为x、y、z方向的速度分量；t为时间；ρ为密度。(2)动量方程：式中：u为速度矢量；p为流体微单元体上的压强；μ是流体的动力粘度；f为体积力；为哈密顿算子。(3)能量方程：式中：e为流体微团的总能，包含内能、动能和势能之和；p为流体微单元体上的压强，jj为组分为j的扩散通量；hj为组分为j的焓；keff为有效热的传导系数；τeff为有效粘性应力；sh为热源项。systemcoupling模块作为数据交换的通道，需要设置数据交换内容、求解时间、求解步数等条件，该模块可以控制两个模块的共同求解时间和步长。在systemcoupling中进行数据交换的过程中，双向流固耦合作用需要进行流体和固体间的位移、受力结果的等量交换，其控制方程可记为：n·τf＝n·τsrf＝rs式中：τf为交界面处流体受力；rf为交界面处流体位移；n为单位矢量。通过上述数值模拟，一方面得到了弹丸在膛内各时刻及出膛时的运动状态参数，包括位移、速度、出膛时间、应力分布等。另一方面得到了炮管内外流场的分布情况。步骤5：根据仿真结果，分析弹丸的运动状态和炮膛内外流场分布，验证数值模拟结果的合理性。步骤6：根据实际路面条件和车辆性能参数，得到相应的强迫角速度变化方程，通过上述步骤进行数值计算，得到需要的弹丸运动参数和流场分布结果。本发明还提出一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真系统，基于任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。实施例为验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。某型履带装甲车辆凸起路面上行进获得强迫角振动，本实施例基于上述方法，模拟强迫角振动开始0.1s后发射弹丸的情况，具体步骤如下：首先，根据参数得到的强迫角振动角速度ω随时间t变化的方程为：ω＝54.0535[cos15.56(t 0.1)-cos15.71(t 0.1)]然后，建立火炮身管、弹丸与流场的三维几何模型。考虑到流场的对称性，采用两侧对称模型以节省计算资源。本发明中所用几何模型如图1、2所示，采用75mm口径炮管，长1.4m，弹丸实际运动距离为1.3m。弹带尺寸略小于火炮口径。外流场为一个4m*4m*4m的六面体。接着，将几何模型导入ansysworkbench软件平台中，通过布尔运算分割弹丸、炮管和流场，并将流场区域细分为内流场、过渡区和外流场。采用二阶四面体单元划分弹丸和炮管网格，在弹带和弹头处细化网格。弹丸和炮管网格总数为150353，节点数为237969，最低质量0.44。流体区域中，考虑到动网格的存在，在内流场区域和过渡区域使用二阶四面体网格，在外流场区域使用六面体网格。流体区域网格总数为2301526，节点数为4227092，最低网格质量0.4。网格划分完成后，联立ansysworkbench软件平台中的transientstructural计算模块、fluent计算模块以及systemcoupling联合求解模块。将弹丸和炮管网格导入transientstructural计算模块，流体域网格导入fluent计算模块。在transientstructural模块中，设置材料参数、对称面、弹丸和身管接触面、弹丸旋转速度、火炮强迫角振动方程、重力方向、流固耦合面等条件。具体为：弹丸与炮管材料均为合金钢，根据尺寸缩减比例重新给定弹丸质量。最终完整弹丸质量为4kg。弹丸做匀加速旋转，旋转加速度400000rad/s2。弹丸受炮管内壁约束，二者间摩擦因子取0.05。初始状态下，弹丸在距离炮管底部100mm处，炮管水平放置，模型整体受重力作用，重力方向垂直于水平方向。在fluent模块中设置湍流方程、边界条件、动网格运动面和参数、求解方法、求解时间步长等条件。具体为：选用simple求解器，求解时间步长为1e-6s，离散格式均为二阶精度。膛底设置为压力入口，根据文献中膛底压力曲线拟合方程。拟合得到的多项式在时间到达0.3ms前，压力曲线失真，因此不考虑此段曲线。最终使用的压力拟合方程如下所示：式中：pd为膛底压力；t为求解时间，单位ms且0<t<0.8ms。该拟合多项式方程的拟合程度r2＝0.9973。根据拟合方程，编写压力入口压力变化的udf，导入fluent，作为压力入口输入值。该udf具体如下：define_profile(pressure_profile,thread,position){face_tf；begin_f_loop(f,thread){realt＝rp_get_real("flow-time") 0.0003；f_profile(f,thread,position)＝1e6*(t*t*t*t*t*1e15*(-0.3329) t*t*t*t*1e12*7.8824-t*t*t*1e9*65.463 t*t*1e6*209.33-t*1e3*156.58 85.628)；}end_f_loop(f,thread)}除压力入口外，流场模型的其他区域外表面均为压力出口，初始静压101325pa，初始温度300k。湍流方程选用可实现的k-ε模型。在弹丸和身管处的流场交界面设置动网格参数。fluent中的动网格方法选用弹性光顺法(springsmoothing)与网格重构法(remeshingmethod)混合使用。弹性光顺法会在固体域运动时根据耦合交界面的变化和初始条件设置适当调节网格形状，当变化超出设定界限时，局部重划方法会在出现畸变较大的网格处重新对该区域网格进行重构，同时去掉畸变程度较大的网格。在没有强迫角振动的情况下，弹底压力变化曲线与文献中实验测得曲线如图3所示。从图中可以看出，仿真中的弹底压力比实际弹底压力上升时间略早，但最大压力值均在250mpa左右，偏差值不到1％且上升速度与下降速度都十分接近。可以认为仿真中弹丸的弹底受力符合实际情况。仿真得到的流场分布结果也与实际情况相符。如图4、5、6、7所示，在弹丸出膛前逸出的气流在管口形成激波，并逐渐发展形成瓶状激波。弹丸出膛后，高密度气体紧接着大量冲出，形成二次激波。当存在强迫角振动的影响时，炮管发生如图8所示的一定方向偏转，导致弹丸与膛壁产生更为复杂的相互影响。如图9、10、11所示，弹丸的出膛速度和出膛所用时间都发生了变化，且变化趋势与实际情况相符。最终弹丸完全离开膛口时的时间和速度如下表所示：表格1弹丸出膛时的时间和速度角振动时间(ms)速度(m/s)弹丸出膛时位移(m)04.804683.091.3ω4.815679.831.32ω4.981671.951.3仿真结果与实际情况相符，证明本发明的数值模拟方法是合理的。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，建立强迫角振动控制方程，得到强迫角振动角速度表达式；
步骤2，采用三维计算机辅助设计软件solidworks建立火炮身管、弹丸和流场的三维几何模型，并输出几何模型文件；
步骤3，将建立的几何模型导入ansysworkbench软件平台，通过布尔运算分割固体域和流体域，并将流场区域细分为内流场、过渡区和外流场，再在mesh模块中划分网格；
步骤4，在ansysworkbench软件平台建立双向流固耦合求解器，设置仿真条件，进行双向流固耦合数值模拟，得到弹丸的运动状态和炮膛内外流场分布；
步骤5：根据实际路面条件和车辆性能参数，得到相应的强迫角速度变化方程，结合步骤2-4进行数值计算，得到需要的弹丸运动参数和流场分布结果。
2.根据权利要求1所述的基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，其特征在于，步骤1中，建立强迫角振动控制方程，得到强迫角振动角速度表达式，具体方法为：
根据履带车辆运动时的振动特性，构建履带车辆强迫角振动微分方程为：
式中：iy为悬挂部分的转动惯量，t为时间，ω为振动角速度，mk为弹性力矩；又有：
式中：θ为振动角度，k为刚度系数，li为履带轮中心到重心的水平距离，h为合成干扰力矩曲线最大幅值除以刚度系数后的值，v为水平速度，l为沿x轴的振动波长，t为振动周期；
根据上面三式，解得角速度ω的表达式为：
其中：
3.根据权利要求1所述的基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，其特征在于，步骤2中，采用三维计算机辅助设计软件solidworks建立火炮身管、弹丸和流场的三维几何模型，并输出几何模型文件，其中，弹丸整体呈流线型，弹带尺寸略小于火炮口径。
4.根据权利要求1所述的基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，其特征在于，步骤3中，将建立的几何模型导入ansysworkbench软件平台，通过布尔运算分割固体域和流体域，并将流场区域细分为内流场、过渡区和外流场，再在mesh模块中划分网格，其中，为了适应动网格的需要，弹丸和身管附近的内流场区域和过渡区域划分二阶四面体网格，在外流域区域划分六面体网格。
5.根据权利要求1所述的基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真方法，其特征在于，步骤4中，在ansysworkbench软件平台建立双向流固耦合求解器，设置仿真条件，进行双向流固耦合数值模拟，得到弹丸的运动状态和炮膛内外流场分布，其中，进入ansysworkbench软件平台后，通过transientstructural模块进行结构动力学求解，通过fluent模块进行流体动力学求解，通过systemcoupling模块实现transientstructural模块和fluent模块的信息交换，最终得到弹丸在膛内各时刻及出膛时的运动状态参数，包括位移、速度、出膛时间、应力分布，以及炮管内外流场的分布情况，具体方法为：
将固体域网格导入transientstructural计算模块，在transientstructural模块中，设置弹丸和火炮身管的材料参数、弹丸和身管接触面、弹丸旋转速度、火炮身管的强迫角振动角速度ω、重力大小和方向、流固耦合面等条件，求解各时刻弹丸的运动状态，并结合弹丸和火炮身管的几何形状，计算弹丸的质量，给出材料密度、弹性模量、泊松比等参数；
transientstructural模块求解过程中，控制固体运动的基本方程如下：
式中：ms为质量矩阵；cs为阻尼矩阵；ks为刚度矩阵；rs为固体位移；τs为固体所受到的应力；
每个时间步求解完成后，保存弹丸的位移、受力、变形等状态数据，并将所得弹丸的位移数据通过systemcoupling模块传递给fluent模块，作为fluent模块中的计算条件；
将流体域网格导入fluent模块，在transientstructural模块中，将拟合的膛底压力曲线方程作为入口压力条件，并设置压力出口、湍流方程、动网格、求解方法、求解时间步长等条件，结合从transientstructural模块中得到的弹丸运动数据，求解各时刻流场的分布情况，保存求解结果，再将流固耦合面对应的接触面上的压力信息通过systemcoupling模块传递回transientstructural模块中，transientstructural模块将根据上一个时间步的计算结果和fluent中的反馈数据开始进行下一个时间步的计算；
fluent模块求解过程中，流体受三大守恒方程控制分别是：
(1)质量方程：
式中：ux、uy、uz分比为x、y、z方向的速度分量；t为时间；ρ为密度。
(2)动量方程：
式中：p为流体微单元体上的压强；μ是流体的动力粘度；f为体积力；为哈密顿算子。
(3)能量方程：
式中：e为流体微团的总能，包含内能、动能和势能之和；p为流体微单元体上的压强；jj为组分为j的扩散通量；hj为组分为j的焓；kef为有效热的传导系数；τeff为有效粘性应力；u为速度矢量；sh为热源项。
systemcoupling模块作为数据交换的通道，在systemcoupling模块中设置数据交换内容、求解时间、求解步数这些条件，以控制两个模块的共同求解时间和步长；
systemcoupling中进行数据交换的过程中，双向流固耦合作用需要进行流体和固体间的位移、受力结果的等量交换，其控制方程记为：
n·τf＝n·τs
rf＝rs
式中：τf为交界面处流体受力；rf为交界面处流体位移；n为单位矢量。
通过上述数值模拟，得到了弹丸在膛内各时刻及出膛时的运动状态参数，包括位移、速度、出膛时间、应力分布，以及炮管内外流场的分布情况。
6.一种基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真系统，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的方法进行基于ansys的强迫角振动条件下弹丸内弹道运动仿真。
技术总结本发明实现了一种基于ANSYS软件平台，使用双向流固耦合技术，对强迫角振动条件下弹丸内弹道运动状态和流场分布情况进行模拟的三维仿真方法。弹丸在膛内运动直到出膛的过程是一个高温、高压、多化学反应的过程，实际实验测量较为困难。利用数值仿真技术模拟此过程有助于分析弹丸在膛内运动的状态和流场变化。本发明使用双向流固耦合数值模拟方法引入火炮身管强迫角振动方程，对强迫角振动条件下弹丸由静止到出膛的过程进行了数值模拟。本发明方法仿真所得结果有助于研究火炮行进间产生强迫角振动时，发射弹丸的运动状态和膛内外流场分布情况，对自行武器装备的研究开发具有一定意义。
技术研发人员：刘宗凯;唐维铨
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2020.12.15
技术公布日：2021.03.12
