卵形头部弹侵彻单多层混凝土靶板有限元仿真

单多层混凝土靶板已被广泛用于军用防护领域,为研究其抗侵彻性能,利用有限元程序LS-DYNA,对卵形弹以360～1 058 m/s的速度侵彻单多层混凝土靶板进行了数值计算,比较计算与试验下的弹丸剩余速度,讨论混凝土靶板的破坏现象,分析弹丸对单多层混凝土靶板的侵彻规律及靶板厚度对弹丸过载特性的影响.计算结果与试验结果相吻合,表明所建立的弹丸侵彻混凝土模型是有效的.     

考虑侵蚀效应的卵形弹丸侵彻混凝土介质模型研究

建立同时考虑弹丸质量损失和头部钝化的迭代计算模型,在弹体和靶体参数已知的条件下可以预测侵彻深度、质量损失、头部形状变化以及过载等侵彻相关物理量。通过对侵彻实验数据的验证分析,提出了一种考虑混凝土骨料硬度与弹体材料硬度比值的侵蚀修正系数,修正后的模型对侵蚀的计算精度增加明显。在修正后的模型基础上,对常用的Forrestal经验阻力公式中的静态阻力项进行修正,新的静态阻力项更加精确地反映了有侵蚀效应的弹丸侵彻混凝土的静态阻力。实验和模型对比发现:骨料硬度和弹体硬度的比值与弹丸质量损失率呈线性关系。     

高速破片对半无限厚钢靶的侵彻试验研究

进行了典型高速破片对半无限厚45号钢靶侵彻试验,并根据Tate-Alekseevskii弹体侵彻模型及理想刚塑性材料模型假定,推导了高速破片冲击下,半无限厚钢靶的侵彻深度计算公式,提出了靶体的抗侵彻阻力以及靶体材料动态屈服强度的计算方法,计算侵彻深度与试验结果吻合良好。结果表明:半无限厚45号钢靶的抗侵彻阻力约为5.246倍静态屈服强度;在平面应变侵彻条件下,当弹速为500～1300m/s时,45号钢的动态屈服强度约为静态屈服强度的2.998倍;弹体的临界侵彻速度为319.9m/s,冲击速度小于临界侵彻速度时不会发生侵彻。     

弹丸正侵彻有限厚混凝土靶过程引信前冲过载经验公式

为了给侵彻爆破弹引信自调延期机构设计提供参考,解决目前设计过程缺少经验公式计算的现状,提出了弹丸正侵彻有限厚混凝土靶过程最大前冲过载经验公式。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件数值模拟了125mm口径侵彻爆破弹正侵彻有限厚C35混凝土靶过程,分析了弹底引信前冲加速度变化规律,借鉴弹丸冲塞侵彻钢靶的分析方法,根据不同侵彻工况下的仿真数据,拟合得到了弹丸正侵彻有限厚C35混凝土靶过程最大前冲过载经验公式,分析表明该经验公式初步可行。     

弹丸贯穿有限厚混凝土靶板实验与仿真分析

弹丸对混凝土的撞击、侵彻、贯穿和破坏是目前国内外众多力学研究者都广泛关注的问题。作为一种人工灌注而成的复合材料,混凝土材料的最大特点就是它的抗压强度远大于抗拉强度。由于混凝土材料的复杂性,使弹丸对混凝土靶的侵彻过程变得非常复杂。在弹丸贯穿有限厚三层混凝土靶实验的基础上,利用LS-DYNA瞬态动力学分析软件对实验过程进行了计算机仿真,将侵彻过载曲线、靶面成坑、靶背崩落等数据与实验结果作了对比。仿真的混凝土靶板破坏情况及冲击过程中的过载等参数与实验结果基本相符。说明在材料模型及其参数、控制条件等选择正确时,利用数值模拟方法来解决弹丸贯穿混凝土靶板问题是有效的。     

混凝土靶体中侵彻与贯穿的过载估算方法

根据得到的侵彻近区速度场新的表征和侵彻过程中受到的阻力表达式,提出了弹体在混凝土靶体中侵彻与贯穿的过载计算模型,该模型具有宽广的比例换算关系。计算得到了侵彻与贯穿时弹体的过载时程曲线。～通过与国内外实验结果的对比分析,验证了文中方法的可信性。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

中等厚度金属靶板的三阶段贯穿模型

研究了刚性尖头弹侵彻贯穿中等厚度金属靶板问题。考虑靶板背表面开裂的影响,在有限厚度金属靶板两阶段侵彻模型的基础上,引入开裂侵彻深度概念,提出一个三阶段侵彻贯穿模型。基于不可压缩弹塑性材料有限球形空腔膨胀理论和等效拉伸应变断裂准则,得到弹头表面径向压力、开裂侵彻深度的解析解和弹头侵彻阻力的数值解,由Runge-Kutta法求解弹体运动微分方程,得到极限速度、剩余速度的数值解。与小截锥刚性锥头弹侵彻铝合金靶板弹道试验数据比较,本文模型计算结果与试验吻合很好。计算表明,弹头长度和靶板厚度对侵彻阻力的影响十分明显。     

侵彻多层混凝土目标弹丸过载特性研究

研究了侵彻多层混凝土目标弹丸的过载特性，针对几种典型的弹丸初速度、混凝土靶板厚度以及混凝土强度，采用GRAFORVet．5商业程序进行了计算，得到了各种条件下的弹丸侵彻加速度过载曲线，分析了过载曲线的特征，为智能灵巧型引信提供设计参考和依据。     

弹侵彻半无限厚混凝土靶的实验与分析

文中采用高速摄影技术测定了两种不同弹头曲率弹丸的着靶速度及侵彻过程,获得了弹丸侵彻混凝土靶的最大深度和弹体过载曲线.通过对实验数据的分析,根据经验公式预测了弹丸的最大侵彻深度,并与实际结果作了比较.     

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。     

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.     

离散元模拟钢筋混凝土靶板贯穿响应研究

提出了圆截面梁单元高斯积分点分布方案以及一种钢筋-基体接触作用模型,基于LDPM离散单元建立了钢筋混凝土侵彻数值计算模型。模拟刚性弹贯穿48 MPa和140 MPa压缩强度的钢筋混凝土靶板,通过对比弹体剩余速度和靶板破坏形态,验证了模型对于钢筋混凝土贯穿问题的适用性。仿真结果表明,140 MPa强度混凝土靶板内钢筋对于弹体作用更强,对于出靶剩余速度影响更大。对比不同弹着点和钢筋尺寸的贯穿仿真,弹着点在一根钢筋位置和两根钢筋交叉处,出靶速度分别降低了约12 m/s和45 m/s;弹着点位置在钢筋交叉处时,通过增大钢筋尺寸提高配筋率能够明显降低贯穿剩余速度。     

PELE与动能弹侵彻有限厚混凝土靶比较研究

随着混凝土目标的大量涌现,弹体对混凝土靶的侵彻得到越来越多的研究和关注。运用理论分析和数值仿真相结合的方法,分析讨论PELE和动能弹以一定的初始速率垂直侵彻混凝土靶的动态过程,并将二者进行比较。结果表明,质量和口径相同的PELE和动能弹以相同的速度垂直贯穿混凝土靶后,PELE形成穿孔的直径明显大于动能弹,而动能弹的剩余能量明显多于PELE。此外,对特定的弹靶系统,要达成最大的穿孔直径,存在最佳的着速范围。     

平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理研究

为研究平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理,开展了一系列弹道试验。对比分析了不同初始速度下的弹体变形以及靶板破坏模式。采用非线性有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件,对弹靶作用过程进行了数值模拟。根据试验结果确定了碟形区最终变形挠度的拟合函数,在此基础上对弹体和靶板的塑性变形能进行了理论分析,同时利用能量守恒原理建立了平头弹低速侵彻薄钢板的剩余速度计算模型。结果表明：平头弹低速侵彻下会发生一定程度的墩粗变形;平头弹低速侵彻下靶材主要为拉伸与剪切混合失效,靶板相应的失效模式为带有碟形变形的拉伸与剪切混合失效模式;弹体剩余速度的理论模型与试验结果吻合较好,有效地验证了该理论模型的适用性。     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。     

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。     

钨球侵彻薄靶板的实验研究

通过钨球对薄装甲钢板垂直侵彻试验，发现在极限穿透条件下靶板的破坏模式为开坑和冲塞，且钨球变形程度较大。运用能量守恒原理，建立了极限穿透速度与钨球变形关系式，对钨球在侵彻过程中作刚性假设引起的极限穿透速度计算误差进行了估算，并对侵彻过程中开坑耗能与冲塞耗能也进行了估算。结果表明，开坑耗能与冲塞耗能比值并非常量，而随靶板相对厚度变化。