基于正交分析和神经网络的截顶结构超聚能装药优化设计

为获得最优的超聚能装药结构,通过正交分析和反向传播(back propagation,BP)神经网络对截顶结构超 聚能装药各影响参数对形成射流的参数进行优化分析,明确影响截顶结构超聚能装药侵彻威力的主要影响因素。结 果表明：当超聚能装药结构锥顶角为36°,附加装置半径为14 mm,附加装置宽度为5 mm,药型罩厚度为1 mm, 射流侵彻钢板数值模拟效果最好,射流侵彻钢板的深度达到206.4 mm。     

紧凑型聚能装药结构对侵彻体成型的影响

为研究紧凑型聚能装药结构对侵彻体成型的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对不同结构参数药型罩的射流成型进行数值分析。结果表明:当药型罩高小于30 mm,不同装药结构均形成具有一定速度梯度的聚能侵彻体,球缺型罩装药形成的侵彻体尾部杵体小、质量分布均匀、能量利用率高,性能更好;当罩高大于40 mm,不同药型罩装药形成长径比较大的射流,锥形罩形成的射流杵体小、连续性好、能量利用率高,性能更好。     

双层椭圆形药型罩装药射流成形时长短轴比、铝铜铁三种材料的声阻抗和罩间距三因素正交设计研究

为获得双层椭圆形空心药型罩最佳结构参数,在利用AUTODYN软件对不同方案进行数值模拟分析的基础上,以炸高为2倍口径,射流头部速度和射流断裂前最大长度为考察指标,对影响射流成型的长短轴比、铝铜铁3种材料的声阻抗和罩间距3种结构参数进行设计。结果表明：在这3个因素中,各因素对射流速度影响由主至次的顺序是罩材料声阻抗、长短轴比、罩间距;对射流长度影响由主至次的顺序是长短轴比、罩间距、罩材料声阻抗。外罩材料为声阻抗值较小的铝、长短轴比为1．8、罩间距为2 mm时,双层椭圆形空心药型罩所形成的射流性能最优。     

铜基非晶合金双层药型罩射流形成及侵彻性能

为了研究Cu基非晶合金Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈双层聚能药型罩的射流成型和侵彻能力,以等壁厚的单层铜药型罩和Cu-BMGs药型罩作为对比,分别选用铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al材料作为外罩,Cu基非晶合金作为内罩,利用AUTODYN软件建立二维有限元模型,模拟了Cu基非晶合金双层聚能药型罩的射流成型、拉伸及侵彻过程,对比分析了各组药型罩射流的成型特点、稳定性和侵彻性能。通过仿真得到4种双层聚能药型罩射流成型后射流头部速度介于Cu-BMGs药型罩和铜药型罩之间,其中聚乙烯为外罩时,射流头部速度最高,侵彻深度最大,但射流稳定性最差;铝为外罩时,射流长度最长,射流稳定性最好;PTFE/Al为外罩时,开孔直径最大,但侵彻深度最小,与Cu-BMGs药型罩的相当。铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al为外罩时,Cu基非晶合金双层药型罩的射流对纯铁靶侵彻深度分别为104、103、111、91.5 mm,开孔直径分别为12.5、20、18.8、45 mm,综合考虑侵彻深度和侵彻孔径,聚乙烯、PTFE/Al作为外罩时,Cu基非晶合金双层聚能药型罩的侵彻性能优于铝、钛作为外罩时的侵彻性能。     

某双锥形药型罩性能参数灰关联分析

为提升射流侵彻能力及改善射流性能,对双锥形药型罩性能参数进行灰关联分析。利用AUTODYN 有限 元分析软件模拟射流成型过程,使用多种无量纲化方法对数据进行处理,运用灰关联理论分析药型罩5 种结构参数 对射流头部速度和射流长度的影响。分析结果表明：药型罩材料密度、小锥角罩锥角和上罩高占比是影响射流的主 要因素,聚能装药的研究需要选择合适的无量纲化处理方法,才能得到最优的关联度排序。     

一种M型药型罩形成环形射流的数值模拟研究

对串联战斗部前级聚能装药开孔不大的问题开展了研究,提出了一种M型药型罩,通过分析该药型罩结构设计的原理,运用ANSYS／LS-DYNA仿真软件对该药型罩形成环形聚能射流进行了数值模拟研究。结果表明：M型药型罩能够形成直径较大的环形射流,射流持续稳定;军用领域,能够用作串联战斗部的前级药型罩,对靶板切割成一定孔深且孔径大的环形孔,方便后级随进战斗部对靶板形成充塞破坏;民用领域,可以对一定厚度的靶板进行快速打孔。     

药型罩形状对侧向环形射流性能的影响

为优选出利于环形侵彻的药型罩形状,设计了4种简单几何形状药型罩,对环形射流成型与侵彻过程迚行了数值模拟。研究结果表明:楔形罩射流形态优于椭圆形罩,大锥角聚能射流最大拉伸长度优于小锥角,但头部速度相对较低;对于90°和60°等壁厚楔形罩,锥角较大时射流获得的总动能较大,但有效动能不及小锥角药型罩,有效动能比分别为69%和81%。研究结果为侧向环形聚能切割器结构设计提供依据。     

罩顶药高影响药型罩的射流转化特性

为了给射流形成机理的深入分析及高效聚能装药结构的研究提供参考,基于分段药型罩形成射流时的杵体水回收实验,应用非线性动力学有限元软件LS-DYNA及动态示踪点处理方法研究药型罩形成射流时的材料分配关系.在数值模拟与实验结果对比有较好一致性的前提下,重点研究了无壳装药结构罩顶药高对锥形药型罩形成射流时的材料分配规律.结果表明,罩顶药高在0.2～2.0倍装药直径范围内时,等壁厚锥形药型罩形成射流时的材料分配规律均为自顶向底成指数分布.装药高度增加时,药型罩壁厚方向有更多比例的材料形成射流,而在轴向方向的材料比例不受影响.罩顶药高大于1.6倍装药直径时,射流转化率及对钢靶板穿深增幅均不明显.     

F装药双层药型罩射流性能的数值研究

为了研究F装药双层药型罩射流的形成过程,应用LS-DYNA软件对F装药条件下的双层药型罩射流进行了数值模拟,探讨了不同外罩材料和不同内外罩间距对双层药型罩射流特性参数的影响。结果表明:F装药条件下,双层罩外罩材料及罩间距对射流的特性有不同程度的影响,合理调整外罩材料与罩间距有助于改善射流性能。     

基于BP人工神经网络的聚能射流速度预测方法

基于BP人工神经网络,对相同结构不同参数的聚能装药所形成射流的头部速度进行预测。使用有限元分析软件AUTODYN进行了仿真模拟,其中聚能装药的结构参数包括药型罩壁厚t、药型罩锥角α以及炸药类型;然后在MATLAB中搭建BP人工神经网络并将27组数据导入,根据预测误差来调整网络权值和阈值,从而使BP神经网络预测输出逼近期望输出。结果表明,BP人工神经网络对于射流速度的预测较为准确,且计算速度比有限元方法高出几个数量级,可以实现对聚能射流速度的快速计算仿真。     

截顶装药结构的成型特性研究

截顶结构超聚能装药较常规聚能装药具有更加优异的综合毁伤能力,即侵彻深度和侵彻口径可以大幅度提升.为了提高大锥角聚能装药结构的侵彻深度和侵彻口径,对大锥角聚能装药进行了截顶结构设计,通过调整附加装置结构及材料,并对药型罩的结构进行调整,初步设计了6组方案,利用AUTODYN-2D软件对不同聚能装药结构的成型特性进行数值仿...     

杆式射流与射流转换的双模战斗部优化设计

综合运用理论分析、仿真计算和试验研究,优化设计了实现杆式射流（JPC）与射流(JET)转换的双模战斗部。理论分析了单点起爆与环起爆条件下药型罩压垮变形情况,数值仿真优化了成型装药结构参数,包括药型罩锥角、药型罩弧度半径、药型罩壁厚和装药高度,找出了实现JPC与JET双模转换的起爆方式及结构参数匹配关系：采用单点起爆形成JPC,环起爆形成JET,选取药型罩锥角为80°~100°,药型罩弧度半径为0.1倍装药口径,药型罩壁厚匹配锥角设计,装药高度为0.9倍装药口径。针对优化结构进行了X光成像试验研究,试验结果与仿真结果误差在8%以内。综合运用理论分析、仿真计算和试验研究,优化设计了实现杆式射流（JPC）与射流(JET)转换的双模战斗部。理论分析了单点起爆与环起爆条件下药型罩压垮变形情况,数值仿真优化了成型装药结构参数,包括药型罩锥角、药型罩弧度半径、药型罩壁厚和装药高度,找出了实现JPC与JET双模转换的起爆方式及结构参数匹配关系：采用单点起爆形成JPC,环起爆形成JET,选取药型罩锥角为80°~100°,药型罩弧度半径为0.1倍装药口径,药型罩壁厚匹配锥角设计,装药高度为0.9倍装药口径。针对优化结构进行了X光成像试验研究,试验结果与仿真结果误差在8%以内。     

单锥罩成型装药环起爆对侵彻体形成的影响研究

采用LS-DYNA数值仿真软件，研究了单锥罩成型装药在典型的正向和逆向环起爆下，药型罩锥角、壁厚、壁厚差等结构参数对侵彻体形成的影响。仿真结果表明：当锥角小于120°时，逆向和正向环起爆均可获得高速金属射流；锥角大于135°时，正向起爆可形成杆式射流。仿真结果与试验结果吻合较好。     

超聚能射流形成过程机理研究

提出一种超聚能射流形成的理论计算方法,给出了附加装置材料密度、厚度和药型罩锥角、密度、厚度与超聚能射流速度、有效质量之间的关系。基于非线性显式动力学分析软件AUTODYN,进行了超聚能射流形成过程数值模拟,其结果与理论计算结果基本一致。通过超聚能射流侵彻试验,证明试验结果与数值模拟结果吻合较好。研究表明：在一定范围内,随着药型罩锥角的增大,超聚能射流速度逐渐减小、质量逐渐增大;超聚能射流速度、有效质量及侵彻能力远大于传统聚能射流。     

环形射流和中心爆炸成型弹丸组合战斗部对混凝土墙的破孔特性

为解决墙体大孔径开孔问题,设计了一种可以对混凝土墙体形成较大开孔的环形射流和中心爆炸成型弹丸（EFP）组合战斗部。针对环形射流成型过程中容易发生扭曲偏斜的问题,提出了变壁厚环形药型罩,通过两个偏心圆来实现环形药型罩的变壁厚,并用偏心距来决定壁厚变化的梯度。通过数值模拟,对4种不同壁厚变化梯度的环形药型罩成型过程进行分析,研究环形射流和中心EFP组合战斗部对混凝土墙体的破孔特性,得到壁厚变化梯度对环形射流形态的影响规律,确认最优的环形药型罩结构,保证环形射流具有良好的密实度和形态的同时也具有一定的外扩角度。试验验证了组合战斗部的破孔能力,结果显示组合战斗部可以对混凝土墙体形成直径大于2.5倍装药口径的通孔。     

射流侵彻混凝土介质数值模拟及影响因素研究

利用Ansys/LS-DYNA有限元分析软件,对聚能射流侵彻混凝土介质的全过程进行了数值模拟,模拟结果与实验数据基本吻合。通过数值模拟计算重点分析了药型罩锥角、药型罩厚度、壳体厚度、炸高和装药长度对聚能射流侵彻效能的影响规律。研究结果表明：药型罩锥角、药型罩厚度和炸高对聚能射流的侵彻深度和侵彻孔径影响较大,而壳体厚度和装药长度对侵彻效能影响较小。     

起爆方式对聚能射流影响的数值仿真研究

应用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,采用ALE算法对在同种装药结构条件下的药型罩顶部单点起爆、顶面双环线起爆、装药面轴向外壁中心单环线起爆、三环线起爆后形成的聚能射流分别进行了数值模拟。计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响,不同起爆方式在装药中形成不同的爆轰波形,药型罩顶部双环线起爆比单点起爆后形成的射流头部速度提高11.6%;装药面轴向外壁线起爆比药型罩顶部任何方式起爆后形成的聚能射流头部速度都低,装药面轴向外壁三环线起爆比药型罩顶部双环线起爆后形成的射流头部速度降低18%;同时进行了验证实验,仿真结果与实验结果吻合。     

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.