多目标优化算法在弹头侵彻明胶运动模拟中的应用

莫根林 金永喜 李忠新 吴志林

莫根林, 金永喜, 李忠新, 吴志林. 多目标优化算法在弹头侵彻明胶运动模拟中的应用[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(6): 1404-1411. doi: 10.11883/bzycj-2017-0160
引用本文: 莫根林, 金永喜, 李忠新, 吴志林. 多目标优化算法在弹头侵彻明胶运动模拟中的应用[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(6): 1404-1411. doi: 10.11883/bzycj-2017-0160
MO Genlin, JIN Yongxi, LI Zhongxin, WU Zhilin. Application of multi-objective optimization algorithm to motional simulation of bullets penetrating ballistic gelatin[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(6): 1404-1411. doi: 10.11883/bzycj-2017-0160
Citation: MO Genlin, JIN Yongxi, LI Zhongxin, WU Zhilin. Application of multi-objective optimization algorithm to motional simulation of bullets penetrating ballistic gelatin[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(6): 1404-1411. doi: 10.11883/bzycj-2017-0160

多目标优化算法在弹头侵彻明胶运动模拟中的应用

doi: 10.11883/bzycj-2017-0160
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11372137

国防科技重点实验室基金项目 162606013

详细信息
    作者简介:

    莫根林(1987-), 男, 博士, 助理研究员

    通讯作者:

    吴志林, wuruinan-1994@njust.edu.cn

  • 中图分类号: O385

Application of multi-objective optimization algorithm to motional simulation of bullets penetrating ballistic gelatin

  • 摘要: 为使弹道模型更好地模拟弹头侵彻明胶的运动规律,从而有助于揭示弹头对人体组织的致伤机理,以弹头水平位移、竖直位移、侧向位移、俯仰角以及偏航角理论值的均方根误差作为目标函数组,以弹头的待定初始运动参数和弹道模型的待定力学系数作为优化变量,通过Gamultiobj多目标遗传算法获得了的优化变量的Pareto解集,并通过TOPSIS综合分析方法获得了Pareto解集的最优解。研究结果表明该方法能够快速获得可信性较强的最优解,使最优解能较好地模拟7.62 mm步枪弹侵彻明胶的运动过程。
  • 图  1  弹道模型全局坐标系

    Figure  1.  Global coordinate system of ballistic model

    图  2  欧拉角的定义

    Figure  2.  Euler angles

    图  3  Gamultiobj算法结构图

    Figure  3.  Algorithm structure of Gamultiobj

    图  4  Gamultiobj算法中的种群进化流程

    Figure  4.  Population evolution in Gamultiobj algorithm

    图  5  弹道实验示意图

    Figure  5.  Ballistic test setup

    图  6  典型时刻弹头的空间位置和姿态

    Figure  6.  Bullet's positions and orientations at critical moments

    图  7  弹头的各运动位移分量

    Figure  7.  Displacement components of the bullet

    图  8  弹头的俯仰角和偏航角

    Figure  8.  Pitch angles and yaw angles of the bullet

    表  1  待优化力学系数的取值范围

    Table  1.   Bounds of undetermined mechanical coefficients

    边界 CD0 C1 CL0 CM0
    下界 0 0 0 0
    上界 0.1 15.0 1.0 0.2
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    表  2  待优化力学系数的最优解

    Table  2.   Optimum solutions of undetermined mechanical coefficients

    序号 C1 CD0 CL0 CM0 vx0/
    (m·s-1)
    vy0/
    (m·s-1)
    vz0/
    (m·s-1)
    θ0/
    (°)
    ψ0/
    (°)
    θt0/
    (rad·s-1)
    ψt0/
    (rad·s-1)
    φt0/
    (rad·s-1)
    1 7.49 0.058 6 0.636 0.064 7 -22.4 -14.20 713 1.910 68.8 1 020 1 220 15 400
    2 8.89 0.066 2 0.669 0.082 9 15.3 -17.40 703 0.115 68.8 1 470 1 910 17 600
    3 7.72 0.051 3 0.744 0.091 1 23.5 4.10 720 0.281 81.4 1 220 2 200 19 100
    4 10.90 0.064 2 0.723 0.071 9 18.3 7.73 717 0.728 81.9 1 410 1 840 12 800
    5 4.83 0.047 8 0.813 0.062 8 15.6 -16.90 715 0.682 70.5 1 750 2 260 16 900
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    表  3  最优解对应的目标函数值

    Table  3.   Values of objective functions corresponding to optimal solutions

    序号 σ(1)/mm σ(2)/mm σ(3)/mm σ(4)/(°) σ(5)/(°)
    1 2.22 1.59 9.54 5.47 5.02
    2 2.35 1.53 6.90 5.39 9.50
    3 4.09 1.97 12.1 7.22 11.6
    4 3.91 1.65 7.28 11.6 4.30
    5 6.79 1.73 12.4 5.42 6.26
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-05
  • 修回日期:  2017-10-27
  • 刊出日期:  2018-11-25

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