考虑形状分布特性的聚能射流侵彻作用规律研究

聚能射流对带壳装药的冲击引爆能力与其侵彻有限厚靶板的剩余头部参量及剩余动能密切相关.为研究考虑形状分布特性的聚能射流侵彻作用规律，建立了聚能射流侵彻靶板及靶后参量计算模型.开展了50 mm聚能射流成型X光试验及静破甲试验研究，验证了计算模型的可靠性.在此基础上，计算分析了射流形状、靶板厚度、炸高等因素对聚能射流侵彻有限厚靶板剩余射流头部参量及剩余动能的影响规律.结果表明：随着靶板厚度的增大，剩余头部参量减小.随着炸高的增大，一次函数形状射流剩余头部参量持续降低，常函数、二次函数形状的射流剩余头部参量先增大后减小.在不同的靶板厚度及炸高条件下常函数形状射流的剩余头部参量均为最大；在侵彻有限厚靶板剩余射流动能方面，其剩余射流动能随着靶板厚度的增大而减小.随着炸高的增大，常函数形状射流剩余动能持续降低，一次、二次函数形状的射流剩余动能先减小后增大.当炸高小于4～5倍装药口径时，二次函数形状射流剩余能量最高，当炸高大于4～5倍装药口径时，常函数形状聚能射流剩余能量最高.     

药型罩锥角和壁厚对聚能射流速度影响的分析

本文采用数值模拟方法,对药型罩结构进行优化设计,建立了金属射流形成过程计算模型,采用自适应网格技术,计算分析了不同锥角和壁厚对聚能装药射流速度的影响. 设计了射流穿靶实验,采用靶网测速法测量了金属射流的速度,通过观察金属射流形成的杵体及侵彻靶板的孔径,获得了金属射流的直径. 结果表明设计的聚能装药射流在炸高40 mm处的平均速度为7800 m/s,射流直径为7.55 mm左右.     

约束陶瓷靶抗射流侵彻实验研究

利用聚能射流对约束及非约束陶瓷靶开展抗侵彻性能系列实验研究,分别获取了约束陶瓷靶和非约束陶瓷靶抗射流侵彻过程的P-t曲线和在验证靶上剩余穿深,并同时与45#钢抗侵彻数据进行对比.基于实验结果分析了不同靶板抗射流侵彻规律.实验结果表明:约束和非约束陶瓷的质量防护系数均优于45#钢;约束陶瓷的抗射流侵彻能力大大优于非约束陶瓷.     

聚能射流长靶距下的侵彻仿真模型

提出了一个用于长靶距下聚能装药的断裂射流侵彻能力预测数值仿真模型.因聚能射流有很大的速度梯度,当它飞行数倍于标准炸高的距离后,射流被拉断为碎段,其穿甲能力大为降低.基于非线性瞬态动力学程序AUTODYN,研究了聚能装药射流的形成和大靶距下的断裂射流对不同靶体的侵彻和贯穿模拟.通过与实验结果比较,给出了一个用于预测长靶距下聚能装药射流侵彻能力的计算模型.与实验数据比较,所给模型可给出准确的预测结果.     

不同材料模型的药型罩对仿真结果的影响

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较.在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真.对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小.     

活性复合罩聚能装药侵彻增强行为

为解决传统高聚物基活性罩聚能装药侵彻深度严重不足这一瓶颈性问题,提出了一种活性-铜复合罩聚能装药结构,并采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了活性-铜罩射流成形及侵彻钢靶增强行为.仿真表明,内层铜罩主要形成高速前驱射流首先侵彻钢靶,活性材料外罩大部分形成杵体且可以随进侵孔内部.实验结果表明,与传统单一活性射流相比,活性-铜射流对钢靶造成的侵深更大,且侵彻性能与进入侵孔内的活性材料质量显著受炸高影响.实验与仿真对比表明,活性材料的爆燃反应会导致侵彻过程提前终止,可能的机理是其化学反应在侵孔内会形成超压,造成铜射流严重失稳,致使剩余射流无法再继续侵彻.      

不同材料模型药型罩数值仿真结果对比

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较。在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真。对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小。     

玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩的静破甲特性研究

为研究玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩射流与靶板间的反应及其对破甲性能的影响,对两种材料射流侵彻后的45钢靶分别进行组织和性能测试分析.结果表明:玻璃药型罩适合在较大炸高条件下使用,而玻璃/钨药型罩适合在小炸高条件下使用.侵彻过程中玻璃射流与钢靶之间不发生反应,而玻璃/钨与钢靶之间发生反应生成了Fe-W相,使得射流能量部分横向耗散.玻璃及玻璃/钨射流在侵彻钢靶的过程中均会引起弹孔表面发生马氏体相变,且随着侵彻的深入,相变区域宽度呈增加的趋势.      

基于FEM/SPH算法的管壁效应对聚能射流影响的数值模拟

基于LS-DYNA 3D软件,应用SPH/FEM算法对聚能射流侵彻不同内径管状装甲的过程进行数值模拟。研究发现金属射流穿过装甲管时,部分射流粒子从主体逃逸;逃逸粒子飞溅至管壁后在管壁效应作用下,粒子向心反弹或沿管壁做向心运动,对后续射流产生持续干扰,使其失稳和断裂降低侵彻能力。对比同等厚度及间隙的双层靶板,发现管状装甲对射流的干扰明显优于间隙靶板。对比不同管径情况下逃逸粒子的飞散现象,射流的剩余动能及对后效靶的剩余穿深。结果表明:当管径在10~20 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐增强;在20~30 mm范围内时,装甲管对聚能射流的干扰能力逐渐减弱,管径为20 mm时装甲管对聚能射流的干扰能力最强。得出的规律可以为管状装甲的优化和设计提供一定的参考。     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

短T型钢连接行为的有限元数值模拟

采用有限元法对短T型钢连接性能进行了模拟，建立了三维模型，考虑了几何非线性、材料非线性和接触非线性因素，分析了螺栓预紧力对结构行为的影响，得到了载荷-变形曲线和Mises应力分布云图，其结果与实验数据有较好的相关性，表明所建立的计算模型合理、准确．同时进一步讨论了该结构在火灾下的响应，分析了温度载荷对结构的影响，为钢结构半刚性连接的设计计算提供了有效的数值模拟方法，对制定抗火设计规范具有指导意义。     

冷连轧机动态变规格过程的张力计算模型

针对运用常规张力公式计算厚度不均匀轧件的张力时存在困难的问题,基于原连轧张力公式, 首先导出了楔形轧件的张力公式,然后将这一结论推广到了具有任意形状的轧件,采用数值计算的方法得到实用的动态张力计算公式.     

偏心支撑框架子结构实时混合仿真试验研究

实时混合仿真是一种新兴的结构抗震试验方法.建立了一套混合仿真试验系统,其中包括基于OpenSees有限元软件的数值模拟计算机,具有时滞补偿功能的目标计算机以及终端连接的电液伺服控制系统.在MATLAB中建立Simulink数值仿真模型,并提出了一种基于位移预测的自适应前馈时滞补偿器.最后,以一个单层三跨高强钢组合偏心支撑钢框架结构为原型,取边跨带有偏心支撑的单层钢框架作为试验子结构,进行了一个缩尺比例为1/2结构模型的实时混合仿真试验.试验结果表明随着模型整体响应加速度峰值的增大,控制系统的最大时滞补偿误差、最大幅值误差均有增大趋势,但均在容差允许范围之内,同时说明了该混合仿真试验系统具备良好的稳定性和精度,能够有效地对偏心支撑框架子结构结构模型进行抗震性能试验.     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的ALE算法

采用LS-DYNA3D有限元计算软件中ALE算法描述对爆炸成型弹丸成型过程以及对45^#钢靶板的侵彻过程进行了数值模拟和分析。在模拟过程中考虑了空气的存在,计算模型同实际基本相符。通过模拟,证明了ALE算法综合了纯Langrange和纯Euler法的优点,为研究爆炸成型弹丸侵彻问题提供了一个新的研究方法。     

基于全波数值算法的扩展目标微动特征仿真

针对现有仿真研究对象多为简单目标,由此得到的研究结论不能简单地移植到复杂目标上这一问题,计算电磁学的全波数值算法———合元极,融入到微动复杂目标回波模拟中.以球头锥结构目标为例,研究了金属、涂敷球头锥在不同微动、极化方式下的微多普勒特征.研究表明,极化方式和涂敷影响了微多普勒信号亮度变化,但微多普勒频率变化规律保持不变,此研究工作可对弹道导弹探测、识别应用提供一定的量化参考.     

平流输送数值方案的对比试验

为了分析目前被有限区数值模式所常常采用的平流差分案对计算结果的可能歪曲，如短波分离，位相偏差和振幅哀减等误差特征，给出了二阶（和四阶）—中心、Ｌａｘ－ｗｅｎｄｃｏｆｆ等八种常用方案及一种高精度二阶矩守恒方案的测试结果，给出不同精度方案引入著名的区域模式（ＭＭ４）和１９层输送模式（ＥＭ３）的实例试验结果，结果表明：模式的模拟能力对平流输送过程（模式方程组的非线性平流项）的数值计算精度十分敏感，采用高精度计算方案对改进模式的模拟能力起有重要作用。     

675装甲钢的静动态力学行为与J-C模型参数拟合确定

为研究675高强装甲钢在受到弹丸冲击后的动态响应问题,需要确定一套适用于侵彻仿真计算的675装甲钢的材料模型. 通过开展675装甲钢的动静态力学性能试验和材料断裂实验,并且根据实验结果对675装甲钢材料的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数进行了拟合. 同时,根据弹道试验建立了仿真侵彻模型,将数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明:通过材料性能实验得到的675装甲钢的Johnson-Cook本构和失效模型应用于弹靶侵彻的数值仿真时,得到的仿真结果与弹道试验结果的平均误差为6.5%,最大误差不超过10%,拟合得到的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数的可靠性较高,对675装甲钢在冲击载荷下的仿真计算具有重要意义.      

新的格子Bhatnagar-Gross-Krook模型求解修正的Burgers方程

随着计算机技术的发展,数值模拟方法求解偏微分方程得到越来越广泛的应用。格子Boltzmann方法是一种新型的模拟方法,由于该方法具有计算效率高、边界条件容易处理、完全并行性等独特的优点,使得它具有广泛的应用领域。利用格子Bhatnagar-Gross-Krook模型来求解修正的Burgers方程,首先用该方法正确的恢复了宏观方程,然后数值模拟了两个具有解析解的修正Burgers方程。把模拟解与解析解进行对比,发现数值解与解析解和前人研究中的数值解都吻合很好。     

储层构造裂缝数值模拟技术

数值模拟技术是对储层构造裂缝进行定量预测及确定构造裂缝空间分布的一种有效方法，文中给出了构造裂缝定量预测的数值模拟技术的基本原理和实施方法，该项技术是根据构造变形反演研究区域的边界条件及地质模型用有限元方法进行正演计算，确定出研究区的应力场，再结合岩石破裂准则确定裂缝的空间分布，讨论了地质模型、力学模型和数学计算模型之间的关系，并具体应用岩石破裂准则进行了裂缝计算。     

用ALE方法实现射流侵彻靶板的三维数值模拟

为了给一些非轴对称成型装药的设计提供一种有效的计算手段,需要对射流侵彻靶板进行三维数值模拟。采用软件ＬＳ－ＤＹＮＡ中的ＡｒｂｉｔｒａｒｙＬａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ描述法。成功地实现了切割器射流器射流切割靶板的三维数值模拟,计算结果与实验吻合。