Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Численное моделирование нестационарных переходных процессов в активных и реактивных двигателях

..pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
21.12 Mб
Скачать

82 Глава 2. Моделирование артиллерийского выстррпп

 

W"

-W"

, ти»

r r f>l,y r r /-l.y

с,

ГУ'>|.;+|

vrMj-i yK/-[,j4i + "r-iIJ.j-*1^______ 1

 

4 л Л

 

 

 

 

Р о + У Л

2 Л

Откуда перемещения по координатным осям на новом временном слое:

W/jl =2‘WiJ * J_C, .T

сг г

 

 

 

2 • (po+ У A )” ^

^

LU*

1 -

к

 

к

2 *(Po + У * Лр)

W"

C,' T’

1+

 

/.УЧ1

,2

Я

ро+ у л )

 

 

k

u

c, •!'

. . +£/ ”,;-,)•

 

 

4-АР Л

(2.76)

v r

К= 2 -VI,

4 4

U“. . • —

 

2 * (Po + У •К ) j

U"., ■—

л„

1 +

'■'« К

2 - (p .+ i- * p )

к и + ^ ) - £^ +

Л:

- w i v ,

+ ^ " ,.,- .) - :r7 - Lr +

 

4* ftp A

2.3. ФММНДС и оценка прочности порохового заряда

83

Выражения (2.76) справедливы для каждого внутреннего узла сеточной области: 1 < / < N -1, l< j< M -I.

2. Для аппроксимации граничных условий (2.63-2.65) используем трёхслойные разностные операторы с привлечением односторонних формул аппроксимации по нормали к границе и центральных вдоль границы:

на внутренней поверхности цилиндра, согласно (2.63), имеем

' -

з • w"0+[ + 4 ■w/;+‘ -

w £ x

-

з • w;;;1+ 4 • w,;;-1 - w;;;'Л

 

 

 

 

2-h

 

 

 

 

 

 

 

 

2-h„

 

 

 

 

 

 

 

ш п+|+ ш " 1

Tj”

-TJ"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vri0

-rvv!0

и /+| 0

 

и

,_ю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

------+ ----- T~1-------=~p<;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 •po

 

2 •ft.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш"

-W ”

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.77)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r l t+l,0

rr /-1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2*/i?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

T r /1+1

,

A

T r

M+l

т j il+l

-

о г г н - 1

I

Л

r r fl - 1

 

r / l - l

^

1 -

3

u™

+

4

U ;T

- и 4?

з .u £

+

4

u n~ -

u;r

= 0,

2

 

 

2-h

 

 

 

 

 

 

 

2-/i„

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ш"+| =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П-I

 

 

I IX/n-l

^

 

rri.O

 

4-^;;+| -и ^ ;1- з -^ " “ +4-W."-1-w;;;1+w„

C3'Po ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

(T j n

 

r j n

 

2-h

,

 

 

4-'"КP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ ~

' * P

 

 

 

 

 

 

 

 

2-h

 

 

/+1.0

™M.0 / ‘

 

+p;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сз Л

 

 

 

 

 

 

 

 

3■

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<VPo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C3 'Po

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.78)

 

Т I n+l _

^ 7 7 n+l

3

^ T J n+1

T 7 n~l

i_ ^

77n“* ^

. 77 n“* 4 .

 

 

^i.o

2Uu

 

“ ^,-.0

 

 

 

 

~2

U>-2

 

t\ 2 • Л. J • lu

на внешней поверхности цилиндра, согласно (2.63), имеем

з • W’£ - 4 • У/']?., +

,п-\ Л

г -wrj -4-W Z‘-, + W,M-2

2 - K

2 - K

84

r W /7

2. Модрппрпвание артиллерийского выстрела

 

 

 

 

 

 

 

Щ"м + Щ“н + U м м Uj-iM

-

_ р « .

 

 

 

 

 

2-Л,

 

 

 

 

 

W"

 

W"

 

 

(2.79)

 

 

-

 

 

 

 

 

"i+l-W

 

ггнl.W

 

 

 

 

 

2 • lu

 

 

 

1 3.U £ -4 > UrJ_,+ Цщ-2 ,

3 • Ущ ~ 4 • ^ 5r‘-i + и ш Л= 0,

2

2-Л„

 

 

 

2 • /г

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

w"+l = 4-w;.;^ - w ;su - э - и #

+ 4 - w ^

- и # * - w

s 1

КК/.А/

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

1

(j7"

-£/"

 

).A A - + p " - i - ^ -

1

2’h

(,>!.«

 

съ- \

Р>

с3

2 -л0’

3+ ----—

 

 

 

 

 

3 + — ?-

 

 

 

 

 

 

 

(2.80)

tc 1= f

- f t/^-z-

u

;

i -± -tc_2-

f c , -

на левом торце цилиндра, согласно (2.64), имеем

 

И й».-И й .,

, w<jT+w jyr t

 

2 Л

2 ' (Ро + 7 *Лр )

_1

 

 

2

2-Лс

2 -Л.

= -Ро»

(2.81)

-3 -w 0yr

+ 4 . w , y - \ i g

t -3 -w 0);:44 -w ,;7t - ^ ; : 1^

2

2 -Л

2-Л,

 

Г/п - Г Р

 

^ О.у-И

U0J-1

= 0,

2-Л.

откуда

2.3. ФММНДС и оценка прочности порохового заряда

 

 

85

г/И+1 _ 4

J 1/1+1

I^ /'/',+l

ГГИ-1 .

^ г I II-J

^

r r n - l .

 

 

 

^ 0,; - 3 - ^ . 7

3

 

 

 

 

 

 

“ Г ^-У +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f c ' + ' C ' ) -

 

2-Лв

 

 

/

 

 

\

2*/zp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-с3-Лр

 

'

" W r 3-c,-\p. + j.h,)

 

 

 

 

 

4 л,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r f

L -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-с,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

1

 

(2.82)

 

 

ГЛ+1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш н+1 = Л . ш n+1 _ ± . w n+1 - w " 1 + —.W,";1— 1У":1+

 

v v 0.j

ъ

- VV. .

а

 

--У

VV°-J ^

3

r

 

3

 

 

VV{2

 

 

 

 

 

3

1,7

3

 

2 - he

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 А

 

 

 

 

 

 

 

на правом торце цилиндра, согласно (2.64), имеем

 

 

 

 

w"

—w"

 

 

^

w ”+1 +WT1

|_

 

 

 

 

 

" N .j+l

" N . J - l

" N . j ^

r v N.J

 

 

 

 

 

 

2-/х„

 

 

 

2*(ро + j'hp)

 

 

N

 

3

-4 -U Z u + U Zj t

 

 

 

 

 

11-1

 

3'U7'i-4'U'»-,j+U,*-2j

 

 

 

2-/iP

 

 

 

 

 

 

2>h

 

 

= ~PN>‘

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п-I

(2.83)

3 w"*1-

4 W JHJ + w “+2Jl

1 3 • w ;;‘ - 4

-

+

Л

w; ; 2J

2

 

2-/*=

 

 

 

 

 

 

 

2*/ic

 

 

 

 

 

 

/■/"

 

_r/"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U WJ+I

 

U W.j-1 _ Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-/x„

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ~ w ; \ . , - \ - u 2 u ~ u £

 

 

“ Г ^

"

 

 

(w;*1+ w ?l)•- —

f

 

^

.

- i -

 

_ W»J-> 3 .c

.л “

v

 

7 7

3-c3-(p0 + ;-/ipj

 

 

 

J сз

яР

Рн

4 -/и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-с,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.84)

86 Глава 2. Моделирование артиллерийского выстропп

К = ! •

 

- к ] + | - и ,Л

-

(цп

-Ц" )._ ! \

 

\U N .j+l

U N J - l )

'

 

на левой внутренней окружной грани цилиндра, согласно (2.65), имеем

1

 

-3 -

_+ 4

-

+ -3 -W g + 4• 1 C - К л Л

2-V,

 

 

2-К

 

 

 

 

1'К

 

 

 

 

 

 

W"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УК0.0 = -Ро>'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ро

 

 

 

 

(2.85)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_3.[/"+l +4*J7"+l —/7"+|

- 3 -t/" " 1+ 4-/У'1*1-/У "-1 ^

 

 

J

0.0

' ^ С-У1.0

U 2.0

^

u 0.0

^ с/ 1.0

^ 2.0

2-v.

 

 

 

2

 

 

 

 

2-Л,

 

 

 

 

 

 

W"

Ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

” 0.0 _

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

Ро !

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

Ро

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

„ т(1+

1

 

п-1 . 4

Т1,и-1

1

г и-1

4 -v .* -Л.р

Ши+| = —.w ,,+l

Л

’*0.2

” 0.0

+-L.W"-1-JL.W"-1 + IV"

 

” 0.0

-

гг0.1

п

гг0.1

« ” 0.2

~ ” о0..<0

З-Ро

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.86)

 

 

г«+1

l

r/1+

гlll-l

4

ГГИ-t

1

 

 

4 -у, Л

 

 

 

A rr«-l

+Wn

f/"+1 =--U"+l--'U "+l-U"~l +—‘U"~l

0 ^ 2.0

 

V0,0

Л u I.O

0

^ 2.0

^0,0

* Л ^1,0

~ rr0,(0,0

3-Po

 

3

,u

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 -v .-h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Po

 

* '4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на левой внешней окружной грани цилиндра, согласно (2.65),

имеем

 

 

 

 

 

3 .w n_l —A .w n~x + W""1 ^

1

^3.W ',+I _ 4 .w n+1

+ w "+1

J

” 0.W

^

” 0.M-l T ” 0.M-2

^ J ” 0,Л/

^

” 0,M-l ~ ” 0.M-2

2-v.

 

 

 

2 -h

 

 

 

 

 

2 ■h

 

2.3. ФММ НДС и опенка прочности порохового заряда

 

87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.87)

2-v.

- з • £ С + 4 • У " ' - У "

- 3 • У

+ 4 -У ,? - У # ' +

 

 

2-Л,

 

 

 

2-Л,

 

 

 

 

 

Ж" = -о "

 

 

 

откуда

 

 

 

rK0.M

Fo '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W"+l =-.W"*'

- —.w n+1

-W"~l +--W"~l

- —• Wnu 1 ~

vva.M

^ VVO M - I

2

rv °-M - 2

 

~ ^

 

3

° - w -

 

W"

4 -v,-A p

4 -v, -Лр

 

 

 

 

rr0M

 

 

Po

 

 

 

 

(2.88)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U $ = ^ - I / S “ •

il-l

r /1-1

 

r n-1

- * C + T *£' S

 

+

 

 

 

4 -v . -Л,

 

4 -v . -Л,

 

 

 

 

КК0,Л/

 

■+ Pe -

 

 

 

 

на правой внутренней окружной грани цилиндра, согласно

(2.65), имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Л

 

 

 

 

 

2- Л.

 

2-v.

 

 

2-/L

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

и .

 

 

 

 

 

 

 

у г ЛГ.О

 

 

 

 

 

 

 

------=

 

 

 

 

 

 

 

 

Ро

 

 

 

 

(2.89)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 j c ^

^

l o

+ ^ -

2.o ,

з - ^ - 4 - ^

: 1,0+ с/;:12,0 +

2-v.

 

 

2 -Ля

Ш"

 

2 -Ля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yvNЯ

~PN>

Ро

откуда

К » = | | 'W»1 ~ w ™ + 1 ’ " J ' +

4- v, -Л

„ 4 -v,-A

Wl'O— r —

+ р » ------ 5 '

З-Ро

3

(2.90)

88

 

 

 

 

Глава 2. Моделирование артиллерийского выстрела

 

 

4

 

 

 

1

 

 

—Г/

4

 

1

 

~

 

 

77"+1= _ . f / ’,+l

- l . T J n+l

 

 

---—. /7 "~1

 

 

и N .O

g

u

л , _ 1 - °

з

u

л г - 2 - °

 

и N,°

^ з

и N' 1,0

3

^ л г _ 2 ' °

 

 

 

 

 

 

4 -v t - А.

 

 

4 -v,

-/i§

 

 

 

 

 

 

 

W " ____ f__ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

n

«

 

“ P* *

 

 

 

 

 

 

 

 

YYNO

3-Po

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на правой внешней окружной грани цилиндра, согласно (2.65),

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+W"~l

 

1

3 .W"+l -4.W '"+1

+W H+I

3-W" 1 -4 -W ,M

^

J

"W .A f

^

r r N M -i

~

Yr N M -2 . J

v rN.M

n r r N.M-1

~ r r N.M -2

 

2-v.

 

 

 

2-h

 

 

 

 

 

2-h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W"

 

=-n" •

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VVN.M

Г Л Г »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.91)

 

^З.г/и+|

 

_ 4 .f/"+l

+U"*1

3-U"~l

-4-U n~l

+U"~l

^

 

J

u N.M

^

u

N-I.M

T

U N-2.M

, J

U N.M

^ u

N-I.M

~ U N -2.,м

+

2-v.

 

 

 

2-К

 

 

 

 

 

2-K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W "

 

= - n "

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

yrW,M

FiV*

 

 

 

 

 

4

 

 

 

1

 

 

 

 

4

 

1

 

 

 

 

w ”+I

 

 

 

 

 

-W ""-1l

 

 

 

 

= _ .ш м|

 

n r f W,A/-2

+• Z .w ,,M1

_ Z .w " _l

 

 

r r N.M

о

"

N M - 1

 

’ ’ N.M

^ n

r r N.M-1

n

r r N.M -2

 

 

 

 

3

 

^

 

3

 

 

 

 

3

W/t* 43

3

 

 

 

 

 

W"

 

4-v. -/z„

 

 

4-v. -A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-*

"P._ n1.

 

1__!L•

 

 

 

 

 

 

 

ггЛГ.Ю

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.92)

 

 

 

 

 

1 ,»„+i

 

»,n_i

. 4

, T„ |

1

 

-

 

 

 

= т - £/Г-,л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

J,“-" 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W"

 

4-v, -A,

 

 

4 'v--’h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

± J X - P-

 

 

 

 

 

 

 

r r N.M

з

 

p"

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. С увеличением величины коэффициента Пуассона v,

погрешность удовлетворения условий на границе, где заданы напряжения (2.63-2.65), быстро возрастает при использовании явных трёхслойных аппроксимационных формул (2.77-2.92). Появляется высокочастотная осцилляция решения на границе,

распространяющаяся на всю расчётную область. При

такого рода алгоритмы неустойчивы.

2.3. ФММ НДС и оценка прочности порохового заряда

89

Для повышения вычислительной устойчивости аппрок­ симацию граничных условий (2.63-2.65) будем проводить по следующей неявной конечно-разностной схеме [164].

Используя центральные разности вдоль границы и односторонние по нормали получим:

(2.93)

О <j<M,

где

-если (+), то i=0, k=6,1=5;

-если (-), то i=N, k=8,1=7;

(2.94)

О <i<N,

где

-если (+), тоj=0,1=1, k=2;

-если (-), тоj=M, 1=3, k=4.

Разностные граничные условия для угловых точек расчётной области. Имеем:

Wn+l

-----±В1I .J -р?\ (2.95) Ро + J 'hP

где

-если (+), то j=0, i=0,N;

-если (-), то j=M, i=0,N;

где

-если (+), то i=0,j=0,M;

-если (-), то i=N,j=0,M

90 Глава 2. Моделирование артиллерийского выстрела

В выше приведённых схемах используются следующие

сокращения:

 

К

К

2 -Л

3

В 2

3 • с3 hf.

В 3 = — —

-с3

3 ъ -к

 

2-1и

 

 

В < = ------К -

В Л =

В‘ - Л

3-с,

З*с3 -Лр

57

2-Л -V,

д -

2 • ht • v

= -----£— J-

-----L _ l

А, = | • w"' - 1Щ?+ в, ■р 'Г' ;

D

4

1

U " +l

= — • £/"+| -

-

^ 2,

g и,л

з

Uf-2 ’

4

1

 

 

А, =|-u;t,

 

 

 

И+1

 

 

 

 

 

 

».+1 .

 

A , = f А” '- ^ А " * ; + А - р ."

 

D

 

4

1

 

1)

= — ' W " +i

- —.W "+l

 

 

7

~ VVN-2.j>

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

г И+1

и+1

 

Для реализации неявной конечно-разностной схемы (2.93-

2.96) строится итерационный процесс. Величины D

, где т ~ 1 -

8, определяются значениями функций во внутренних узлах расчётной сетки, найденных по формулам (2.76), и заданными напряжениями. Они, естественно, не итерируются. Процесс простой итерации для указанной схемы не устойчив. Построим процесс «зейделевского» типа по следующей схеме.

2.3. ФММ НДС и оценка прочности порохового заряда

91

а). Определим по (2.95) H^J1 и W”*, где т - номер итерации. Предварительно, используя равенства (2.93), найдём

п "м и"'*1 п тН и w '"+1 W",+l для i=0 N-

U ”T =±B 5

wr,

 

 

 

 

 

 

 

 

LL.-±B6i w i% - W im_l)+Dtj;

 

 

 

Po + j К

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем находим радиальные перемещения для i=0,N:

 

 

 

 

4

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г1Н+1 _ “ IJ/W+I

А

 

_ R

,w m

- B

- D"

 

 

 

Wm+1 = _ .W m+' —_ .Wm+l

 

 

VYi M

^

 

-j VViM ~2

° 7

KK'-W

 

°

7

 

б)

. Определим последовательно для

1 < i < N -1

по (2.94):

 

iVm+l = - й

.w'"

- Д

. |/ym

- / y m

)+D

 

 

YYi.M

° l

VYi.M

° 2

Vu

I +I.A/

u i

-

l j

t *^3,

 

 

 

Um*1ss-B

-(Wm+l - W HI+t)+D

 

 

 

 

 

C i.«

°3

V'l+l.M

” r-l.W/T ^4, •

 

 

И, наконец, из (2.96) осевое перемещение для i=0,N:

 

 

 

и ? м

= j - t c , f

t O

±B. -w r ± * .- p f .

 

в).

Находим

перемещения

на

 

границах

i = 0,N,

М - 1> jZ l:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по (2.93)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U p = ±в5------ i f — ± В6 . f e

l - w; ^ )+ Dk ;

 

 

 

P o + r ^ p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W,

= ±В, •(£/“ ', -

 

)+£>,,

 

 

 

и из (2.95)

 

4

 

1

 

 

IV'"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

+ д 7 — и .+ и 7 - р Г*.

 

 

 

 

 

 

р0

 

 

 

 

 

г). Перемещения на границе

j =0, 1 < i ^ N -1

определяем

из (2.94):

 

 

W"'

 

/

 

 

 

\

 

 

 

 

 

= д

+«,

 

 

 

 

 

 

 

 

■—

• (t/",, -

 

)+ д .•

 

 

Ро

t c = v t a - и ,,.« )+ д , -

Соседние файлы в папке книги