毕业设计方案论文KPCI卡加速度信数模转换方法的研究.docVIP

1 绪论 1.1课题介绍 本课题研究的是利用ANSYS/LS-DANA软件建立炮弹侵彻两层钢板的模型，然后仿真弹体高速穿透两层钢板，得到弹体穿透钢板时的速度及加速度的数字信号，通过该软件的后处理器也可得到弹体的速度及加速度曲线。前面仿真得到的加速度数字信号要通过KPCI-823数模转换卡转换得到加速度的模拟信号，从而为硬目标灵巧的设计提供技术途径。 1.2本课题的研究现状 从二十世纪中期开始，由于军事领域的迫切需求，现代军事目标均采取了埋设地下、提高建筑强度、增加复合材料、实现多层防护等措施,大大增强了抵御外部打击的自我保护能力。对这类目标进行攻击时,为了获得最大破坏和毁伤效果,弹丸必须对目标介质具有一定的识别和判断能力。这就涉及到了目标的侵彻动力学问题，许多武器实验室致力于进行碰撞后弹靶动态响应问题的研究。为了适应现代战争的需要,在实际的碰撞问题中，随碰撞速度、碰撞角度、弹靶材料、弹靶的几何外形和尺寸等初始条件的不同，弹靶相互作用的结果千差万别，非常复杂。弹靶动态响应问题之所以非常复杂的主要原因在于这一力学过程通常会同时涉及到三类非线性问题:几何非线性、材料非线性和边界非线性问题。几何非线性是指弹靶碰撞后发生大变形、大位移或大转动而导致平衡方程和几何关系都可能是非线性的。材料非线性是指弹靶材料的非线性本构关系，这在通常弹速(10-1000m/s)的碰撞问题中尤其重要。另外，弹靶碰撞问题中相互接触边界的位置和范围以及接触面上的力事先并不知道，需要依赖整个碰撞问题的求解才能确定，从而构成了边界条件的非线性。通常将较高速度的弹体碰撞靶体之后的力学过程称为侵彻，它可以分为弹体侵入靶体、在靶体介质中运动和弹体穿出靶体等几个主要阶段。同其它学科的研究一样，实验、理论分析和数值模拟是侵彻问题研究的三类基本方法。这三类研究方法各有优缺点，可以也需要互相借鉴，互相促进，共同发展[1]。 早期，侵彻问题主要以实验、以及在大量实验的基础上提出或修正经验公式为主要研究方向。实验是基础，是检验理论分析和数值模拟结果的基本标准。但是，实验研究费时费力，也不可能得到侵彻过程的所有结果。经验公式主要采用量纲分析的方法得到，另外也在一定程度上考虑弹体受到的阻力、能量效应等力学机制。经验公式的优点是有实验数据的基础，但是，经验公式主要反映的是大量实验数据的数学拟合结果，难以全面反映侵彻过程的力学实质。所以，选用经验公式分析问题时必须要同拟合经验公式的实验条件基本一致，因此经验公式的使用受到很大限制。 有许多研究者一直致力于对侵彻问题的理论分析模型的研究工作。理论分析方法能够在一定程度上反映侵彻过程的主要力学机制，能够得到一些有定性指导意和重要应用价值的结果。但是，理论分析方法需要对材料性质及力学过程进行必要的简化，过多的简化可能导致较大的误差，甚至产生错误的结果。而且，对于武器研制和防护工程中的许多实际问题，如弹体强度分析和靶体损伤破坏分析等，利用理论方法分析非常困难。 随着计算机性能的飞速提高和计算方法的快速发展，数值模拟成为研究侵彻问题的重要方法。数值模拟能够方便地得到侵彻过程的大量信息，可以进行各种不同条件下侵彻问题的计算分析。数值模拟的基础是力学守恒方程、材料模型及计算方法。其中，本构模型以及数值计算方法是数值模拟的关键环节，也是目前数值计算方法中需要改进的主要困难。本构模型的作用尤其重要，如果没有准确描述材料性能的本构模型，那就很难正确地数值模拟侵彻的力学过程。数值计算的方法，尤其是接触算法以及断裂和损伤等的处理技巧等在侵彻问题的计算中非常重要，是相关程序软件好坏的基本标志。 最近几年，国内钻地弹等武器研制以及防护工程建设的需要大大推动了侵彻问题的研究。许多研究者在这一领域进行了许多卓有成效的研究工作，涉及实验研究、理论分析和数值模拟计算等的各个方面。尽管如此，由于侵彻过程的理论和数值分析是当前材料学、力学和计算数学学科中极为困难的研究课题，还有许多相关工程中的实际问题得不到很好的解答。 目前，对于数模转换器，可内嵌的高速、高精度、低功耗数据转换器成为模拟集成电路领域中的研究热点,其原因是，1、与模拟信号相比，数字信号具有便于存储、转移、保真度和可靠性高等优点，因此，在过去的20年，各国的研究机构对数字技术的发展非常重视，随着CMOS工艺水平的长足进步和数字系统设计软件的日趋成熟，使数字系统无论是在理能力还是处理速度上都取得了飞速的发展[2-4]。相对而言，模拟和数模接口电路的设计在过去几十年没有得到足够的重视，加之模拟设计软件也不够成熟，使模拟尤其是数模接口电路的发展落后于数字电路的发展，因此，在一些包括数模接口的电子系统，象数字视频系统和数字通信系统中，接口电路的性能（如速度、精度）成为限制整个系统性能的瓶颈；2、由于靠电池供电的便携式设备日益普