引信电源用储备式锂电池的激活过程研究

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储备式锂电池是飞弹引信装置中的重要组成部分,随着引信电源的迅速发展,要求储备式锂电池具有“抗高过载和快激活”的特性。为了得到储备式锂电池激活过程中储液瓶的破碎状况和电解液的运动特性,建立锂电池激活体系各个部分模型,包括质量块、外壳、储液瓶、电解液、空气和插销。对质量块、外壳、储液瓶和插销采用Lagrange算法,对电解液和空气材料采用ALE算法,利用ANSYS/LS-DYNA中的流固耦合方法对破瓶和进液过程进行了仿真计算,并与实验结果进行比较,验证了仿真结果的可靠性和准确性,为激活机构的结构设计提供了依据,主要分为以下几方面:  (1)根据JH-2脆性材料本构模型得出玻璃瓶材料的JH-2材料模型参数和失效准则,对质量块和外壳的材料模型进行了选择,同时对电解液、空气和插销材料模型的状态方程进行了描述,合理选择了仿真所需的材料模型。  (2)在马歇特锤击法激活下,主要分析了不同过载作用对玻璃瓶和插销的破坏过程以及液体流动过程的影响。结果表明,在电池材料相同的情况下,随着过载的不断增大,玻璃瓶和插销的破坏持续增加,电解液与外壳的接触面积逐渐增多,但整体破瓶和进液效果不好。在不考虑电极片隔膜吸液过程的前提下,3000g和5000g过载下电池未激活,10000g过载下的破瓶时间为2.5ms,进液时间为16.1ms,根据实验中玻璃瓶的破碎结果和电池放电曲线结果分析,验证了模型计算的合理性。  (3)在空气炮激活过程中,主要研究了不同转速作用和过载作用下20ms的计算时间里破瓶过程和进液情况,并结合实验结果对激活过程进行了分析,其结果表明,随着时间的增加,双环境力下储液瓶的失效位置都是先从瓶底开始,然后转移到瓶壁和瓶顶部位,最后整体失效。10000g过载和10000r/min转速下,储液瓶的破瓶时间为6.3ms,电解液的进液时间为7.9ms,根据实验结果的分析,进一步验证了仿真结果的可靠性和准确性,从而为激活机构的设计提供了依据。
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