基于ANSYS/LS-DYNA的刻槽式MEFP侵彻钢靶的研究

多爆炸成型弹丸战斗部(MEFP)能有效提高炸药利用率和命中概率。基于ANSYS/LS-DYNA软件研究了刻槽式MEFP战斗部侵彻双层无间隔钢靶的过程,通过使用三维建模方法、不同材料分别选取不同的状态方程和本构方程,采用实体单元和壳单元进行网格划分,得到了刻槽式MEFP战斗部对靶板侵彻的数值计算结果。结果表明:刻槽式MEFP侵彻过程要经过开坑、联合侵彻、贯穿3个阶段。模拟结果与实验结果基本一致。     

多点起爆对双层药型罩爆炸成型弹丸成型及侵彻特性的数值模拟研究

起爆方式对双层药型罩爆炸成型弹丸（EFP）成型特征参数及终点毁伤效应具有重要影响。基于双层药型罩EFP战斗部静爆试验结果,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力学软件研究了起爆点数目对双层药型罩EFP战斗部成型及侵彻特性的影响规律。研究结果表明：当起爆点数目在4～8时,双层药型罩EFP战斗部可起爆成型具有良好空气动力学特性及优良终点毁伤效应的带尾翼大长径比聚能侵彻体;当起爆点数目为6时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体终点毁伤效应的最大侵彻深度达到1.07倍的装药口径,较端面单点中心起爆方式获得侵彻体侵彻钢靶的最大深度提高了32%.     

双层药型罩EFP战斗部性能参数的灰色系统理论分析及实验研究

通过LS-DYNA有限元软件计算得到不同装药结构的双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)战斗部成型侵彻体的特征参数,利用灰色系统理论分析了药型罩材料密度、曲率半径、厚度比以及装药密度、装药长径比(L/D)对成型侵彻体不同特征参数的影响规律。基于灰色系统理论分析结果设计了不同装药结构的双层药型罩EFP战斗部并进行了毁伤效应实验研究。实验结果表明当内外药型罩的厚度比为1.33时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体的侵彻深度达到0.67倍装药口径,是具有相同装药结构EFP战斗部成型侵彻体侵彻深度的两倍左右;具有Cu-Cu或Cu-Fe药型罩组合方式的双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体在侵彻深度方面的能力大致相当,但是Cu-Cu药型罩组合方式的战斗部成型侵彻体侵彻钢板的形状近似呈圆形。     

EFP垂直侵彻靶板后效破片云形状描述

为了准确描述爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectile,EFP）垂直侵彻有限厚靶板后效破片云的形状,基于量纲分析及正交设计理论,利用AUTODYN软件中SPH算法研究了EFP成型参数、弹靶材料参数对靶后破片云形状的影响,建立了EFP垂直侵彻靶后破片云形状的数学描述模型。利用该模型计算了EFP垂直侵彻靶后破片云形状参量长半轴,并和仿真结果及相关试验结果进行对比,结果表明,该模型计算的后效破片云长半轴结果与相关试验结果误差控制在3%以内,能够准确描述EFP垂直侵彻有限厚靶板后效破片云的形状。     

药型罩结构参数对整体式MEFP成型的影响

为提高整体式多爆炸成型弹丸(MEFP)毁伤能力,采用LS-DYNA仿真软件,模拟了药型罩结构参数对弹丸成型的影响。基于研究结果优化设计了一种整体式装药结构,并对其进行了试验验证。结果表明:药型罩结构参数对弹丸的影响主要体现在弹丸形态上,随着药形罩曲率半径的增加,中心弹丸长径比及周边弹丸长度分别降低了40%和41.2%。周边弹丸形状逐渐由杆形弹向球形弹丸发展。随着壁厚的增加,中心弹丸长径比及周边弹丸长度则分别降低了22.2%和19.7%。周边弹丸拖尾逐渐减小,弹丸飞行稳定性增强。优化得到药型罩曲率半径和壁厚的最优值分别为77~82 mm和2.2~2.6 mm。设计的战斗部可有效穿透15mm厚45#钢靶,与数值模拟结果吻合较好。     

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％.     

半预制破片PELE弹丸效能的数值分析

为研究壳体刻槽长度和深度对半预制破片PELE弹丸效能的影响,对5种不同刻槽长度和不同深度的PELE弹丸侵彻4340钢质靶板的过程进行数值分析。结果表明：半预制破片PELE弹丸比普通PELE弹丸的后效毁伤性能有显著提高;不同刻槽长度的半预制破片PELE弹丸,随刻槽长度的增加,形成破片的最大径向速度变化较小,破片数量减少,形成破片的大小、质量逐渐增加,动能增大,毁伤性能增强;随着刻槽深度的增加,形成破片的最大径向速度显著增加,破片数量增多,但破片的大小、质量逐渐减小,动能减小,毁伤性能降低。     

一种杆式周向多爆炸成型弹丸战斗部数值模拟研究

为进一步提高侵彻威力,设计了一种杆式周向多爆炸成型弹丸战斗部方案.利用数值模拟方法,对外衬结构参数不同的战斗部进行模拟仿真,分析外衬对药型罩初速分布及弹丸成型的影响.模拟结果表明,优化外衬的结构参数,可以控制药型罩速度梯度,进而控制弹丸成型形状,最终所设计战斗部可成型长径比为4:1的密实杆式弹丸,弹丸可穿透30 mm厚45钢.研究结果表明,在线形药型罩外侧布置贴片,可以控制弹丸成型后的形状.     

EFP成型数值模拟及侵彻45钢靶试验研究

为研究EFP的成型机理和侵彻性能,在目前药型罩材料研究和应用的基础上,对EFP成型过程的数学模型进行推导,采用有限元分析软件LS-DYNA,对同一结构紫铜、钽和钽钨药型罩EFP成型过程进行数值模拟,通过靶试对3种材料药型罩EFP的侵彻性能进行试验研究。结果表明:紫铜、钽和钽钨药型罩数值模拟着靶速度与试验测得着靶速度基本长径比较为合理,有利于提升侵彻性能;钽钨药型罩能有效穿透80 m(889倍装药口径距离)处90 mm(1.0倍装药口径)厚的45钢靶板,靶板正面和背面穿孔直径较大,靶后靶体的崩落面积较大,后效毁伤效果好。EFP通过数值模拟和试验结果对比分析,对3种材料药型罩EFP的成型形状和对钢靶的侵彻能力作出评价,为EFP型罩材料的选择提供技术参考。     

复合 MEFP 战斗部侵彻性能及其后效的仿真研究

为研究新型复合 MEFP 战斗部在破甲武器中的应用,运用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元分析软件,采用多物质ALE 流固耦合算法,对复合 MEFP 战斗部侵彻体成型过程进行数值仿真计算,研究其侵彻体性能,并选择靶板进行侵彻,分析侵彻性能及穿孔孔径和毁伤范围,最后以后效靶板进行验证,综合分析复合 MEFP 战斗部的侵彻性能及后效影响;结果表明：该复合 MEFP 聚能战斗部在起爆方式选取单点同时起爆时,形成互不影响的1个主 EFP 和4个辅EFP,可以同时侵彻靶板,提升侵彻性能;主、辅 EFP 侵彻钢靶使孔径增大,并且提升了战斗部毁伤范围;复合 MEFP战斗部后效作用明显,侵彻后效靶板的孔径为48 mm,大大提升了 EFP 战斗部的毁伤性能。     

掘进侵彻弹形与侵彻混凝土深度演绎过程研究

为研究掘进侵彻弹形与深度的演绎过程,运用LS-DYNA动力学软件对不同弹形头部、不同着速下掘进侵彻混凝土过程进行了仿真研究,仿真结果表明:低着速时,带切削刃的钻形掘进侵彻方式可提高侵彻深度; 高着速时,卵形弹更具优势; 旋转速度为70 kr/min时,加载速度为350～500 m/s时,带切削槽的卵形弹能使侵彻深度最大; 在较优加载条件时,切削槽的深度对侵彻深度影响最大,斜度影响次之,切削槽的迎靶面形状对侵彻深度影响最小。试验结果与仿真结果吻合较好。     

活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性

采用实验研究和理论分析相结合的方法,对活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性进行了研究。通过地面静爆实验,测试了活性药型罩聚能装药穿透不同厚度靶板后的内爆超压特性。结果表明,在给定活性药型罩聚能装药结构的条件下,内爆超压随穿靶厚度基本呈抛物线衰减规律。进一步结合准定常理想不可压缩流体力学理论,引入活性材料能量释放激活延时参数,建立了破甲后效超压半经验分析模型。利用该模型预测的活性射流破甲后效超压与实验测试结果吻合较好。分析了活性材料能量释放激活延时对破甲后效超压的影响特性。     

活性药型罩毁伤性能仿真及实验研究

利用ANSYS/LS-DYNA软件对活性药型罩形成的射流特征进行了数值模拟,分析了药型罩不同形状、锥角及厚度对射流特征的影响;同时,通过实验对活性药型罩的毁伤性能进行了研究。实验结果表明:炸高条件为1.0D~1.5D时,破甲性能最佳,最大破甲深度可达65mm;活性药型罩形成的射流在击穿50mm厚度靶板后,可有效引燃靶后柴油箱。     

Numerical Simulation of High Performance Shaped Charge Penetrating Concrete Targets

Tandem warhead systems consist of a precursor shaped charge and a following kinetic energy projectile containing high explosive filling. This paper presents a numerical simulation analysis of the penetration forming and the process in which the shaped charge penetrated into concrete targets by using AUTODYN software. The shaped charge is consist of different materials, different standoff, different liner curvature and thickness. Parameters for the liner structure which can detemine ideal aperture and penetration depth are acquired. The simulation results are in agreement with them of the experiment.     

带尾翼爆炸成型弹丸的新技术

应用在药型罩表面贴附惰性隔板的方法可以研制出尾翼稳定的爆炸成型弹丸(EFP)。回收试验表明,尾翼的数量与隔板的数量相对应,隔板越厚,隔板处药型罩压垮变形与无隔板处变形差异就越大,形成的尾翼较为明显,可以根据尾翼形状和数量要求来设计隔板。     

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体影响的数值分析

为研究药型罩锥角对聚能杆式侵彻体的影响,运用AUTODYN 软件建立聚能装药模型,对90?～130?大 锥角药型罩形成的聚能杆式侵彻体进行数值模拟。建立装药结构有限元模型,研究不同锥角药型罩形成的聚能杆式 侵彻体在同一时刻、同一炸高下的成型情况,分析在5 倍装药口径炸高条件下聚能杆式侵彻体对均质靶板的侵彻情 况,得到在装药口径和高度一定的前提条件下,药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型参数的影响规律。研究结果表明： 药性罩锥角在100?～110?时,形成的聚能杆式侵彻体具有较好的连续性、稳定性与侵彻性能,可为聚能杆式侵彻体 战斗部的设计及应用提供参考。     

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体影响的数值分析

为研究药型罩锥角对聚能杆式侵彻体的影响,运用AUTODYN 软件建立聚能装药模型,对90?～130?大 锥角药型罩形成的聚能杆式侵彻体进行数值模拟。建立装药结构有限元模型,研究不同锥角药型罩形成的聚能杆式 侵彻体在同一时刻、同一炸高下的成型情况,分析在5 倍装药口径炸高条件下聚能杆式侵彻体对均质靶板的侵彻情 况,得到在装药口径和高度一定的前提条件下,药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型参数的影响规律。研究结果表明： 药性罩锥角在100?～110?时,形成的聚能杆式侵彻体具有较好的连续性、稳定性与侵彻性能,可为聚能杆式侵彻体 战斗部的设计及应用提供参考。     

大锥角药型罩聚能装药结构对混凝土介质侵彻研究

采用脉冲X光照相、威力效应实验及数值模拟方法,对两种不同形状的大锥角药型罩聚能装药结构对混凝土的侵彻能力进行了研究,实验测试获得了大锥角截顶药型罩装药结构形成的爆炸成型杆式侵彻体的形状、头尾速度及对混凝土靶的侵彻参量;采用AUTODYN-2D程序对两种结构药型罩聚能装药的成形过程和侵彻过程进行了数值模拟.结果表明,相比于大锥角截顶药型罩,大锥角球缺型药型罩所形成的爆炸成型杆式侵彻体在混凝土靶中形成的孔道更能满足复合侵彻战斗部对一级侵彻的要求.