复合战斗部侵彻引信分布式探测过载响应

针对复合战斗部高速侵彻多层目标时,传统弹底引信过载信号出现振荡信号混叠,难以精确计层的问题,提出通过研究不同部位过载响应以提高计层精度。建立了复合战斗部分布式引信系统模型以及复合战斗部侵彻5层钢筋混凝土靶有限元模型,分析数值仿真获得的弹体过载信号,得到应力波在弹体中的传播规律：弹速越大,靶间距越小,弹长越长;层间飞行过程中应力波在弹体内部循环次数越少,侵彻过程更加明显;从频域角度分析了不同部位三轴过载信号的相关性,发现径向振荡对轴向过载有很大影响;对比900,1 300,1 700 m/s速度下不同部位过载信号,发现复合战斗部高速侵彻目标时弹体前段过载响应优于弹尾。获得了复合战斗部应力波传播规律,总结了不同部位过载响应特征异同,为基于分布式探测、数据融合的侵彻过程识别提供仿真数据支撑。     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

侵彻弹斜侵彻多层介质的三维数值仿真

利用LS-DYNA3D有限元软件,对串联反跑道弹药二级随进弹斜侵彻机场跑道底层结构进行了全过程数值模拟.根据不同侵彻速度分析了侵彻深度、侵彻时间和侵彻过载等关键响应,得到了侵彻弹侵彻跑道底层复合介质的侵彻规律以及对弹体结构的动态响应规律.结果表明,当侵彻弹穿过介质界面时弹体翻转量被加速,导致弹体最大侵深穿过介质界面时侵彻响应发生跃变.通过实验对仿真结果进行了验证,两者吻合较好.     

串联攻坚战斗部前级爆轰场对随进弹随进影响分析

采用三维数值模拟方法研究了串联战斗部中随进弹轴线与全弹弹轴不重合时,前级爆轰场对随进弹随进速度、姿态和弹体结构的影响结果。研究了具有不同初始速度的随进弹受前级装药爆炸冲击产生的后抛、运动方向侧偏、弹体姿态翻转和力学响应等变化规律。认为随进弹具有初速时随进弹受前级爆炸冲击产生的弹道侧偏和姿态翻转效果能够大幅度减小,但对弹体后抛和结构响应等其它方面的影响不明显。本文研究结果可以为相关串联弹药的设计提供参考。     

冲击载荷下分段式弹动态响应特性的数值模拟

侵彻过程中,弹体的结构冲击响应对过载信号的精确分析产生了干扰.基于ABAQUS软件对利用霍普金森压杆改造的装置为分段式长杆弹提供加速度激励的过程进行数值模拟研究,分析打击杆在不同加载速度下撞击分段式长杆弹可获得的速度、弹体内外部不同部位的加速度时程曲线及弹体内部应变时程曲线等,可为弹体侵彻的实验研究及过载特性的分析提供参考.     

反跑道动能弹斜侵彻机场多层跑道的三维数值模拟

应用LS-DYNA有限元仿真软件对反跑道动能侵彻弹斜侵彻机场跑道的过程进行了三维数值模拟。研究了侵彻速度、入射斜角、侵彻弹重心位置以及跑道内介质交界面对侵彻过程的影响。结果表明：侵彻弹弹体质心位置靠前能减少侵彻中弹体的翻转,增加侵彻深度;多层介质界面的存在加速了弹体姿态翻转,侵彻速度越小和斜角越大时其现象越明显,同时改变了弹体过载响应,加剧了侵彻弹壳体应力集中。仿真结果对反跑道动能侵彻弹设计具有参考价值。     

基于仿真的某中口径舰炮弹丸入水前冲过载

为了为某舰炮弹丸弹底触发引信惯性前冲发火机构对海射击时的动态特性设计和评估提供参考,借助ANSYS/LS-DYNA软件,采用任意拉格朗日-欧拉方法,仿真了该弹丸不同落速、不同落角的入水过程,得到不同落速、落角和是否自转等条件下的弹丸入水前冲过载.落速或落角越大,前冲过载越大、过载峰值宽度越小;小落角入水过程中弹丸姿态不稳定,易发生跳弹,使前冲过载减小,甚至消失,并产生较大径向过载;自转对该弹丸入水前冲过载影响较小,可忽略;落速250 m/s、落角5°时的过载是引信惯性发火机构发火准确性设计要考虑的可信极限弹道环境,前冲过载峰值约为287 g,持续时间约为1 ms.     

刚性弹体撞击蜂窝结构高过载特性

为考核武器关键部件在高过载环境下的可靠性，提出一种基于刚性弹体撞击蜂窝结构的新型高过载环境模拟技术。通过轻气炮弹道实验，研究弹体加速度、速度和位移响应规律及蜂窝结构在冲击过程中的力学行为；比较不同撞击速度条件下，弹体高速撞击蜂窝结构过程中过载响应时间历程的差异。研究结果表明：刚性弹体高速撞击造成的蜂窝结构压溃是高度局部化的力学行为，压溃首先发生在蜂窝结构顶端，并随弹体运动由顶端向底端传播；弹体对蜂窝结构冲击压缩过程可分为初始冲击、稳态压缩、密实压缩3个阶段，可分别对应弹体的加速度、速度、位移曲线中相应的响应特征；初始冲击阶段的速度曲线呈明显的阶梯状下降形态，为应力波在弹体中周期性传播导致；3发实验的初始冲击阶段过载峰值相差不大，稳态区持续时间随弹体撞击速度的增加而减小，密实区过载峰值随弹体撞击速度的增加而增加。     

大口径弹体高速入水载荷特性研究

针对未来海上平台发射大口径抛射体入水冲击载荷问题,为了研究速度接近200 m/s时,不同速度、入水角度以及攻角对大口径平头弹体入水径向载荷以及轴向载荷的影响,基于LS-DYNA软件,采用多介质ALE方法,对速度在150～190 m/s,入水角度在45°～60°之间,具有3°～7°攻角的弹体入水模型进行数值模拟。结果表明:在同一入水速度的情况下,轴向载荷峰值随入水角度的增加而增加,径向载荷峰值随着入水角度的改变有一定的波动; 在入水初期,径向载荷到达峰值后慢慢趋于稳定并收敛于0; 径向载荷的峰值出现在轴向载荷撞水瞬间产生的第1次小峰值时刻; 正攻角会使弹体产生顺时针旋转的径向载荷,负攻角会使弹体产生逆时针旋转的径向载荷,载荷大小随着攻角数值大小的增大而增大。     

侵彻过程中弹载火工品过载特性数值模拟

通过分析弹体侵彻模型及弹载火工品应力波加载机理,揭示了弹载火工品应力波加载的加载状态,并运用LS-DYNA有限元软件对特定侵彻过载环境进行了仿真计算.研究结果表明:弹体过载结果与Forrestal经典试验模型吻合较好;弹体与火工品的过载规律趋于相近,可以通过弹体的过载情况来预测弹载火工品的过载情况.此项研究可为侵彻过载中弹载火工品抗高过载能力评价提供参考.     

平头钢弹侵彻钢靶板过载特性的数值分析

利用LS-DYNA软件,研究了平头钢弹侵彻钢靶板时的过载特性,针对几种典型的弹体初速度、弹体长径比进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹体侵彻过载曲线,分析结果表明：着速、弹体长径比及弹体结构响应对侵彻过载均有很大影响,并得到一些定量结论,可为硬目标侵彻引信的设计及抗高过载加速度传感器的选择提供理论依据。     

导弹撞击水幕动态响应数值模拟研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,对掠海飞行导弹撞击水幕的动态过程进行模拟,分析了水幕厚度对导弹飞行速度、弹体载荷以及弹体头部压力的影响。分析结果表明:水幕厚度变化对弹体飞行速度变化影响很小;导弹整体过载与水幕厚度以及弹体初速有关,水幕厚度小于0.4 cm或大于8 cm时弹体的轴向过载随弹体速度增加而增加;当弹体飞行速度在300 m/s左右,弹体头部获得最大的冲击压力。数值研究结果为分析研究爆炸水幕形成技术以及水幕反导毁伤机理提供了数据支撑。     

不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土的研究

为了研究着靶速度在1000～2000 m/s时弹丸的运动规律,分别对不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土进行研究。介绍弹丸高速侵彻混凝土的研究现状,采用数值模拟方法对其进行研究,阐述高速弹丸侵彻混凝土的数值仿真,分析不同头部形状对弹丸高速侵彻混凝土的影响,并获得弹丸头部形状、着靶速度和侵彻深度的关系。仿真结果表明：当速度范围在1400～1700 m/s时,锥形头部弹丸的侵彻效应要优于其他三者;当速度范围在1800 m/s以上时,卵锥形弹丸由于发生大的磨蚀与变形此时已经失效,并且在此速度范围下,其他3种弹丸的侵彻效应逐渐趋于一致。该研究结果对今后动能弹及半穿甲弹丸的弹形设计具有一定借鉴意义。     

压缩空气弹射系统内弹道特性

为分析压缩空气弹射系统内弹道特性,以压缩空气弹射装置为研究对象建立弹射过程内弹道数学模型。通过数值计算,分析发射阀全开时间、发射阀最大流通面积和低压室初始容积对内弹道特性的影响规律。结果表明：发射阀全开时间越短,弹射总时间越短,弹体出筒初始速度越高,弹体过载也越大;在一定范围内,随着发射阀最大流通面积增大,弹射总时间变短,弹体初速度增高,弹体过载变化越平缓,但发射阀最大流通面积对弹体最大过载影响较弱;低压室初始容积对弹射行程和弹体出筒初始速度影响较弱,对弹射初期弹体过载影响较大。     

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS?DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

高低压室发射弹丸内弹道仿真与试验研究

为了研究高低压室发射弹丸过程中内弹道的参数设计问题,采用经典内弹道理论,结合高低压室发射特点,建立了高低压室发射弹丸内弹道仿真计算模型,设计了一种高低压室发射系统试验装置,对不同喷口大小情况下的高低压室发射弹丸内弹道进行了试验研究,将仿真计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了仿真计算模型的合理性。应用该仿真模型分析了高低压室内弹道工程设计中的发射药弧厚、破孔压力、弹丸启动拉力等因素对内弹道性能的影响。研究表明:高压室喷口大小对高压室压力和弹丸初速影响较大,减小喷口半径在一定程度上可以降低火药的能量损失; 发射药弧厚对高低压室内弹道性能影响较大,随着弧厚的增加,高低压室压力降低,弹丸出炮口速度降低; 破孔压力对高低压室内弹道性能影响较小,但应满足高压室内发射药的点火压力要求; 弹丸启动拉力主要影响低压室内压力和弹丸初速,与高压室的压力基本无关。研究结果可为高低压室内弹道结构设计和装药设计提供参考。     

杆式弹丸贯穿金属靶板数值模拟及影响因素研究

采用显式动力有限元程序对T．BCrvik等做的半球形头部杆式弹丸贯穿12mm厚钢靶板实验进行了二维数值模拟，得到了侵彻贯穿过程中的主要物理图象和曲线。计算结果表明，贯穿过程中的主要物理数据与实验测量结果基本一致。在此模拟基础上分析了弹丸长细比、弹丸材料、靶板厚度等因素对靶板塑性弯曲响应和穿靶后弹丸剩余速度等的影响，从而为优化弹丸、靶板设计提供参考。