钽爆炸成型弹丸成型及断裂特性

为预测杆式爆炸成型弹丸(EFP)断裂行为,采用非线性动力学软件LS-DYNA开展纯钽EFP成型过程数值模拟研究.通过数值计算结果分析,获得典型装药结构下钽EFP成型规律,确定密实的杆式EFP成型所需药型罩曲率取值范围,预测小曲率范围内EFP的轴向断裂特性,分析药型罩结构参数对EFP成型的影响规律.研究结果表明:对于纯钽而言,EFP成型形状随药型罩外曲率半径Ro变化较为敏感,当装药长径比l/Dc为1,Ro/Dc∈[1.00,1.13]时,所形成的EFP具有较高密实度,EFP长径比为3.00～4.57;当Ro/Dc>1.13时,EFP长径比明显降低,内部逐渐变空;当Ro/Dc≤1.00时,钽EFP由于长径比过大而发生断裂,药型罩通过采用二维r-adaptive自适应网格的方法可对钽EFP断裂行为进行预测;当Ro/Dc<0.95时,钽EFP将发生轴向断裂,断裂成两部分或者更多部分.为避免EFP发生轴向断裂,Ro/Dc取值最小值为0.95,能够保证钽EFP成型状态为密实的杆式EFP,EFP长径比能达到4.8.     

次口径三层球缺药型罩形成串联EFP数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,分析了一种次口径三层球缺药型罩战斗部形成串联EFP的过程,得到每层药型罩形成的EFP速度和长径比随球缺罩曲率半径、药型罩壁厚、装药高度的变化规律曲线.分析结果表明:球缺罩曲率半径和药型罩壁厚对EFP外形有显著影响,装药高度的增加可有效提高EFP速度.     

EFP成型影响因素的数值模拟

用LS-DYNA程序对等壁厚、球缺罩EFP的成型过程进行了三维数值模拟.根据模拟结果,得到了EFP的成型图象,绘制了装药长径比、药型罩曲率半径、药型罩厚度等物理量对EFP的速度的影响曲线,获得了上述物理量对EFP成型的影响规律,可以为EFP结构的优化设计提供参考依据.计算表明,三维数值模拟方法能够形象显示EFP成型过程的细节和各个物理量对EFP性能指标的影响情况,LS-DYNA程序是进行战斗部仿真试验的有效工具.     

双层药型罩形成的串联爆炸成型弹丸速度计算模型

针对典型双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)装药结构,基于微元爆轰驱动及碰撞理论,考虑药型罩轴向驱动及径向压垮特性,建立了双层药型罩串联EFP速度分析模型。计算结果表明：罩微元径向压垮引起的内外罩EFP轴向速度差是串联EFP分离的核心因素;外罩EFP速度随外罩曲率及外罩所占厚度比增加而增加;内罩EFP速度随外罩曲率增加而减小,随外罩所占厚度比增加而增加。结合数值模拟与脉冲X光成型试验对所推导理论进行了验证,三者所得到的串联EFP速度吻合较好。     

带隔板中空装药的EFP成型研究

为了得到适用于带隔板中空装药的爆炸成型弹丸战斗部的药型罩结构,通过数值计算对带隔板中空装药的EFP战斗部成型过程进行模拟,分析了EFP成型过程中药型罩表面微元的轴向速度和径向速度随距罩中心距离的变化曲线,得到了大锥角罩和球缺罩结构情况下EFP的成型规律。分析带隔板中空装药的EFP战斗部采用这2种药型罩结构形成EFP的特点,大锥角罩形成的EFP有良好的尾裙结构但头部形状不佳,球缺罩形成的EFP有良好的头部形状但尾裙结构不佳。弧锥结合罩综合这2种形状药型罩的优点,可以形成具有良好头部形状和尾裙结构的EFP。优化设计了一种弧锥结合罩结构并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好。     

优化设计次口径球缺罩成形装药结构

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,进行了次口径球缺罩的成形装药结构参数对侵彻体形成的影响规律的数值模拟研究.采用端面环形起爆方式,优化设计次口径球缺罩的成形装药结构,找出形成最佳杆式EFP的次口径球缺罩的圆弧曲率半径、药型罩壁厚及成形装药高度的最优值;当内圆弧半径为40mm、壁厚为1.8mm、装药高度为45mm时,仿真得到了成形形态和成形参数都较佳的杆式EFP,其头部速度达到2 532m/s,长径比为3.2.同时,得到了杆式EFP成形参数速度和长径比等随次口径球缺罩的圆弧曲率半径、药型罩壁厚和成形装药高度的变化规律曲线,为今后优化设计EFP战斗部提供参考依据.     

爆炸成型弹丸成型因素的正交设计研究

以球缺型爆炸成型弹丸(EFP)为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA,计算分析了药型罩曲率半径、药型罩壁厚、装药长径比、壳体厚度4种因素对爆炸成型弹丸速度的影响规律.结果表明:随着药型罩曲率半径、装药长径比、壳体厚度的增大以及药型罩壁厚减少,EFP的速度增大.在此基础上以爆炸成型弹丸速度为指标,应用正交设计方法对这4个因素对EFP速度的影响主次关系进行了分析研究.结果表明药型罩壁厚是主要影响因素,并得到了4种因素各水平的最优组合.     

双层球缺药型罩形成杆式射流断裂特性研究

为提高大炸高攻击坦克顶甲的威力性能,针对大炸高下双层罩形成杆式射流的断裂情况,设计了球缺型药型罩装药结构,利用LS-DYNA软件对杆式射流的成型与断裂进行模拟仿真,对比单层罩与双层罩形成射流断裂情况。利用静破甲试验,同时运用闪光X光照相技术记录了两种罩结构的射流断裂情况。研究结果表明:在大炸高条件下,两种药型罩形成射流均发生断裂,而采用铜/铝双层球缺罩形成的复合杆式射流断裂情况更均匀、稳定且头部射流粒子间速度梯度明显变小;相同装药条件下,铜/铝双层球缺罩形成射流的侵彻能力相比单层纯铜球缺罩射流提高11.2%。     

同轴式多罩体EFP战斗部成型与侵彻的仿真分析

为提高爆炸成型弹丸(explosively formed penetrators,EFP)战斗部侵彻钢靶目标的深度,设计多层药型罩EFP战斗部装药结构.利用ANSYS/LS-DYNA软件,对5种药型罩层数的EFP战斗部成型和侵彻间隔靶板进行数值模拟,分析不同层药型罩的EFP战斗部对炸药能量利用率及穿深能力.结果表明:多层同材料的球缺型药型罩堆叠、贴合放置可形成多个分离的同轴EFP,与单层药型罩结构相比,多层药型罩结构形成串联EFP对炸药能量利用率更高,具有更大的穿深能力,对靶板侵彻后效更强,其中3层和5层结构侵彻深度提高63.4％.     

应用灰色系统理论研究爆炸成型弹丸速度的影响因素

利用理论公式和数值模拟方法计算出12种不同方案下药型罩为大锥角型的EFP速度,应用灰色系统理论对所考虑的因素进行分析,建立了各个因素与EFP速度之间的灰关联度矩阵.通过对灰关联度矩阵的分析,得到了影响EFP速度的主要因素依次为装药密度、炸药爆轰速度、药型罩锥角、药型罩直径、装药高度和药型罩壁厚,对EFP的药型罩设计和装药结构设计具有重要参考价值.     

环形及线形聚能装药侵彻体对长杆式穿甲弹穿甲过程干扰的试验和数值模拟

为进一步提高聚能型爆炸反应装甲防护性能,增强坦克在战场上的生存能力,设计一种以环形聚能装药结构为基本结构的新型爆炸反应装甲,来拦截高速长杆式穿甲弹（简称长杆弹）。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对环形爆炸成型结构干扰钨合金长杆弹穿甲过程进行数值模拟,分析了环形爆炸成型侵彻体成型过程及干扰长杆弹穿甲过程机理。在相同条件下,与线形爆炸侵彻体干扰长杆弹穿甲过程进行了对比。结果表明：环形聚能装药结构爆炸成型侵彻体具备更高的防御性能,长杆弹有效侵彻深度与线形装药结构相比降低32.5%,弹坑长度增加10.4%,且在环形爆炸侵彻体干扰下长杆弹弹杆断裂、偏航;模拟结果与试验结果吻合良好。     

贴隔板法在尾翼EFP成型中的应用研究

采用LS—DYNA对在药型罩上粘附隔板结构形成带尾翼型爆炸成型弹丸（explosively formed projeetile，EFP）进行三维数值模拟，从药型罩微元压跨速度和压力的角度初步探讨了形成尾翼型EFP的机理，对同一直径的大锥角型、球缺型和弧锥结合型药型罩形成的尾翼型EFP进行了对比分析，三种结构药型罩均能形成较为明显的尾翼，其中大锥角型药型罩得到的EFP速度最高。数值计算结果表明，EFP尾翼数与药型罩上所粘贴的隔板数一致，三种不同结构药型罩上粘贴四个隔板，得到的尾翼数均为四个。通过实验，对贴隔板法形成尾翼EFP做了进一步验证，实验结果与数值模拟结果基本一致。     

三点爆轰机理与EFP尾翼成型研究（英）

采用爆轰波理论分析了由爆炸成形弹丸装药而成的三点起爆爆轰波的相互作用。运用LS-DYNA软件数值模拟了三点起爆方式下的爆轰波作用、超压形成、药型罩在非均衡爆轰作用下的变形过程,以及尾翼的形成机理等。研究结果显示药型罩表面受到非均衡爆轰载荷作用,发生翻转、变形,在有超压作用的药型罩区域的压合程度小,形成弹丸尾翼,其中起爆半径对弹丸长径比、头尾速度、动能以及尾翼成形有重要影响。模拟中,起爆半径应选在20~30mm之间。实验结果对理论分析和数值模拟研究进行了验证。     

末敏弹EFP成型及侵彻过程仿真分析与试验研究

利用AUTODYN软件二维多物质Euler算法研究了中心点起爆、圆柱起爆、圆环起爆和面起爆方式对攻顶末敏弹EFP成型过程的影响。结果表明,平面起爆和圆柱起爆方式下形成的爆轰波对药型罩的压垮角小而压垮速度大,最终所形成的EFP速度和长径比都优于中心点起爆。但采用面起爆方式的EFP由于速度梯度过大在成型过程中发生断裂。通过映射技术将得到的二维EFP模型映射到三维模型中完成成型EFP对均质装甲钢侵彻过程的数值模拟,并通过试验对仿真结果进行了验证。     

锥弧结合罩形成长杆状密实EFP的可行性

为了进一步提高爆炸成型侵彻体(EFP)的侵彻能力,基于大锥角罩结构的圆弧段设计,提出了一种可形成长杆状密实EFP的锥弧结合罩。分析了锥弧结合罩与传统的大锥角罩和弧锥结合罩在压垮过程中的区别。运用LS-DYNA仿真软件,计算得到了锥弧结合罩的结构参数(曲率半径、锥角、壁厚)对EFP速度、长径比、密实度等侵彻体成型参数的影响规律。找出了EFP成型较佳时各结构参数的取值范围:曲率半径为1.1～1.3倍装药口径,锥角为155°～160°,壁厚为0.04～0.046倍装药口径,并设计得到了一种可形成长径比为2、密实度为0.88的EFP的锥弧结合罩结构。     

一种双模态EFP战斗部的数值仿真

针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA动力有限元程序,采用流固耦合方法,对在药型罩前加装一刻槽圆环形成带尾翼爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)的成型过程进行了数值模拟,结果表明,该装药结构能形成带有8个尾翼的EFP,带尾翼EFP的长径比是EFP长径比的2.75倍,其头部速度比EFP增加了15%,实现了带尾翼大长径比EFP和EFP两种模态的转换。      

阶梯式旋转EFP成形机理的数值研究

应用阶梯式药型罩对称凹凸结构的方法研究出一种旋转稳定而且带倾斜尾翼的EFP,利用TG建立三维有限元模型,采用非线性动力分析软件,分别对大锥角和球缺两种形式的阶梯药型罩成形情况进行模拟,最后通过对形成弹丸的外形及速度进行了分析,得出阶梯式药型罩有利于成型弹丸的飞行稳定,而且球缺罩成型情况要优于锥角罩。