聚能装药侵彻体对混凝土基座毁伤效应数值模拟研究

为选定混凝土基座爆破后残高低、块度小的聚能装药结构形式，采用数值模拟方法对比研究了装药量、外径和药型罩壁厚相同条件下60°、120°锥形罩和曲率半径为10.8 cm曲面罩形成的射流或爆炸成型弹丸(EFP)运动特性，及其对混凝土基座垂直侵彻过程和毁伤效应。结果表明：不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的侵彻方式不同。60°药型罩的头部射流先侵彻混凝土基座，随后杵体对孔洞进行扩大，120°药型罩的杵体与射流合并侵彻混凝土基座，而曲面药型罩主要依靠成型弹丸对混凝土基座进行冲击侵彻；混凝土基座的破碎能力与侵彻孔直径相关；孔径越大、能力越强。60°、120°和EFP药型罩侵彻孔直径分别为4.3 cm、5.2 cm和7.0 cm,在侵彻深度范围内形成的裂缝数量、宽度呈现增大趋势；混凝土基座爆破后的残留高度与横向贯通裂缝至底面之间的距离相关，而横向裂缝形成与侵彻体参数、装药量等多个因素相关。对有限尺寸的混凝土基座，大锥角药型罩的聚能装药破碎范围和程度的综合效果较佳，EFP药型罩虽然侵彻能力最弱，爆破作用后混凝土残留高度较大，但在侵彻深度范围内的破碎能力最强。研究不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的爆破效应为毁...     

球缺型EFP毁伤混凝土墙试验与数值仿真研究

为深入研究混凝土类目标在聚能装药作用下的侵彻效应和毁伤机理,设计一种大口径Φ120 mm球缺型EFP聚能装药,开展不同炸高下毁伤大尺寸混凝土墙试验。基于修正参数的RHT模型进行数值仿真,仿真结果与试验数据的最大相对误差为9.8%,表明RHT模型的修正效果较好,数值模型可靠。在此基础上,分析炸高对毁伤效果的影响,并对EFP侵彻体与爆炸冲击波的联合毁伤元特性进行研究。结果表明：所设计的EFP聚能装药毁伤混凝土墙时,能够形成具有较大直径和深度的漏斗坑;炸高为20～60 cm时,随着炸高的增大,漏斗坑直径逐渐减小,漏斗坑深度呈先减小再增大再减小,并逐渐稳定的趋势;炸高为20 cm(1.67倍装药直径)时,能够获得直径和深度都较大的漏斗坑,此时漏斗坑直径为6.83倍装药直径,漏斗坑深度为2.30倍装药直径;EFP侵彻对漏斗坑的形成起主导作用,在一定炸高范围内,爆炸冲击波对漏斗坑直径有增大作用,其与EFP侵彻体的耦合能够在一定程度上提高漏斗坑深度。     

曲率半径对双层药型罩EFP战斗部成形及侵彻的影响?

利用ANSYS/LS-DYNA仿真软件研究了药型罩曲率半径对双层药型罩EFP战斗部成形及侵彻特性的影响规律。数值计算结果表明,当药型罩曲率半径的相对值在0.67~0.93时,弧锥结合型双层药型罩EFP战斗部可成形具有良好外形的侵彻体;此时,成形侵彻体的最大侵彻深度约为1倍装药口径。试验结果表明,双层药型罩EFP战斗部成形侵彻体能够有效击穿2层2 cm厚45#钢靶,成形侵彻体对钢靶侵彻的开口形状近似呈现圆形,是具有相同装药结构EFP战斗部成形侵彻体侵彻深度的2倍左右。研究结果可以为双层药型罩EFP战斗部结构优化设计提供参考。     

聚能杆式弹丸侵彻混凝土实验研究

为了研制有效打击坚固目标的串联随进式攻坚武器,设计并制作了能形成聚能杆式弹丸的新型聚能装药,对混凝土和钢筋混凝土进行侵彻试验。试验结果表明:扁平型和尖顶型聚能装药都能对混凝土靶和钢筋混凝土墙产生一定的侵彻效果,并形成具有较大直径的侵彻孔。相比之下,尖顶型装药对目标的侵彻破坏能力更强,能贯穿80cm厚的钢筋混凝土墙,为后级战斗部的顺利侵入提供了通道。相同的聚能装药在同等试验条件下对圆柱形混凝土靶和钢筋混凝土墙的表面破坏效果差异较大,说明钢筋网和靶体边界效应在侵彻中起重要作用。     

基于带隔板装药实现双模转换机理研究

针对带隔板成型装药结构通过改变单点起爆位置实现双模转换的问题,该文应用爆轰波形成理论分析不同起爆情况下药型罩表面压力变化规律,建立药型罩顶端起爆形成EFP(Explosively Formed Projectile)与装药顶端起爆形成JPC(Jetting Projectile Charge)的爆轰压力理论计算模型,正交优化设计结合LS-DYNA 有限元仿真软件计算获得形成较佳双模毁伤元的等壁厚扁平偏心亚半球药型罩参数,并进行了X 光成像与侵彻试验研究,其中在13D_k 炸高条件下EFP 对钢靶的侵深可达0.64D_k,JPC 可达2.42D_k。     

EFP对坦克油箱的毁伤效应

研究爆炸成型弹丸(EFP)战斗部对坦克油箱的毁伤效应,为末敏弹对坦克的毁伤评估创造条件.在分析典型坦克油箱目标功能和结构的基础上,利用AUTODYN仿真软件计算分析了典型EFP对坦克油箱的毁伤效果,并进行了试验研究.仿真与试验结果表明,油箱侧面壳体随不同液面高度发生不同程度的变形,具体表现为:当油箱内液面较高时,侧板变形比较明显,易发生撕裂现象;当液面较低时,侧板变形较小,底板易被侵彻而形成穿孔.     

抑制中心逆向侵彻体的异型环形装药设计

针对环形装药作用时在中轴线会形成一束向前、向后运动的中心聚能侵彻体,对后方目标具有很强的破坏作用,分析该侵彻体成形特性,通过壳体向内侧倾斜的方式,设计了一种倒梯形结构,大幅减弱中心逆向侵彻体对后端的破坏效果。针对中空环形装药对内外侧药型罩压合作用的不对称,从而导致环形射流在纵向的偏转现象,设计了内外侧非对称的装药结构形式,通过改变内侧装药与内侧壳体的倾角,使非对称装药能够对内外侧等壁厚的药型罩产生尽可能均匀的压合效果,从而形成高质量的环形射流。     

正六边形钢管约束混凝土靶边长对抗侵彻性能影响的试验研究

钢管约束混凝土在防护结构中具有广阔的应用前景。正六边形钢管约束混凝土靶具有优良的抗侵彻性能,其抗单发和多发打击性能明显优于半无限混凝土靶。为了研究钢管边长对抗侵彻性能的影响,进行了12. 7 mm钨芯穿甲弹(撞击速度600～836 m/s)侵彻不同边长正六边形钢管约束混凝土靶试验,得到了靶的破坏模式和主要损伤参数。结果表明:钢管边长对侵彻深度和侵彻阻力有较明显的影响,边长越小,侵彻深度越小,侵彻阻力越大;撞击速度约600m/s、钢管边长由66 mm减小到55 mm时,侵彻深度可减小约19%,侵彻阻力增大约17%;正六边形钢管约束混凝土靶的侵彻深度随着撞击速度的增大近似线性增加。     

水下多弹爆炸打击下混凝土重力坝的累积毁伤效应研究

大坝易遭受水下多弹爆炸打击,水下多弹爆炸打击下大坝的毁伤机制与模式有待深入研究。通过建立水下多弹爆炸打击的混凝土重力坝毁伤效应分析模型,重点讨论了单弹打击、多弹先后打击和多弹同步打击下大坝的动态响应特性和毁伤破坏模式,探讨了水下多弹打击对混凝土重力坝累计毁伤效应的影响,揭示了水下多弹爆炸打击下混凝土重力坝的毁伤机制和空间分布特征;同时,提出以开裂深度比作为重力坝水下爆炸毁伤判定指标,建议了混凝土重力坝爆炸毁伤破坏等级,定量评估了水下单弹和多弹打击下混凝土重力坝的毁伤效应。结果表明：单弹打击下大坝主要为轻微毁伤,而多弹打击下大坝发生严重毁伤,且水下多弹先后爆炸打击下毁伤破坏最严重。     

正六边形钢管约束混凝土靶抗侵彻机理的数值模拟

钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能优于无约束混凝土靶。为了揭示钢管形状对抗侵彻机理的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,采用有限元-光滑粒子法,对比分析了正六边形和圆形钢管约束混凝土靶的侵彻过程和约束机理。结果表明:钢管对混凝土的约束效应可以分为应力波效应和弹丸扩孔阶段限制混凝土径向位移效应,且以后者为主;钢管形状对靶中应力和钢管变形均有影响。弹丸中心入射时,圆形钢管受径向均匀压力作用,应力沿圆周近似均匀分布,钢管壁处于简单面内拉伸状态;六边形钢管壁受不均匀内压作用,钢管壁产生面内拉伸变形和面外弯曲变形,角部向内弯曲变形增加了对混凝土的约束作用,并在对角线附近形成了高压力区,从而增大了侵彻阻力,提高了抗侵彻性能。     

复合双药型罩结构冲击ERA及其后效作用研究

为了研究复合双药型罩结构在冲击爆炸反应装甲(ERA)后剩余射流的性能,以及对主装甲的后效毁伤作用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,分别研究射流以垂直和倾斜两种状态冲击引爆ERA。其中,侵彻斜置ERA对射流性能影响较大,而垂直侵彻时射流未断裂,且长度几乎没有变化。在相同炸高处,与普通偏心亚半球单罩结构对主装甲的毁伤情况进行对比,结果表明:当在主装甲前未添加ERA时,复合双药型罩结构对主装甲的侵彻性能优于偏心亚半球单罩结构;而在主装甲前添加ERA后,复合双药型罩结构穿过ERA后依然可以有效地对主装甲进行侵彻,但偏心亚半球单罩结构在侵彻ERA后射流形态变化巨大,离散为射流粒子,几乎丧失了继续侵彻的能力,即复合双药型罩结构不仅可以更加有效地摧毁ERA,且对主装甲的后效毁伤效能明显提升,与单罩结构相比,扩孔孔径增加27.5%,侵彻深度提升了112.2%。     

破片和冲击波对相控阵雷达天线罩的复合毁伤研究

研究相控阵雷达天线罩在破片与冲击波联合作用下的复合毁伤效应规律。利用非线性显式动力学程序AUTODYN,建立了密度为100个/m2的钨破片侵彻相控阵雷达天线罩等效靶板的有限元模型,并在模型中采用Analytical blast方法模拟爆炸冲击波对目标结构的球面加载方式。考察了破片先于冲击波到达目标结构对天线罩等效靶板的复合毁伤,分别对靶板的破片侵彻和预先打孔的两种不同毁伤方式进行仿真计算,并与试验结果进行了比较。结果表明:数值模拟中单个破片侵彻靶板的穿孔口径与比试验值大2 mm;数值模拟中复合毁伤时破片侵彻比预制孔靶板的有效应变大0.175,天线罩整体毁伤程度更为显著,接近试验结果。该模型为破片和冲击波联合作用下对目标结构的复合毁伤仿真计算研究提供了一种新方法。     

前舱干扰下锥弧药型罩射流成型及侵彻性能研究

为了有效地降低前舱对聚能射流的干扰作用,提高聚能战斗部侵彻混凝土靶的威力,设计了一种锥弧药型罩。利用动力学仿真软件AUTODYN 2D对两种小锥段不同壁厚的锥弧药型罩和相同装药结构下的传统药型罩在前舱干扰情况下形成射流的过程进行数值模拟研究,分析这3种药型罩形成射流的性能,最后通过静破甲试验验证锥弧药型罩的侵彻性能。结果表明:与传统结构药型罩相比,在爆轰压力作用下,锥弧药型罩的锥形部分形成头部高速射流,减少在前舱的射流消耗,增加侵彻深度;弧形部分形成的射流质量利用率高,可形成粗大射流,提高侵彻能力;小锥段1.6 mm和2.5 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流都能够侵彻1 200 mm厚的混凝土靶板,且小锥段1.6 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流侵彻性能更好。     

移动下击暴流作用下高层建筑风荷载特性研究

为研究移动下击暴流作用下高层建筑的风荷载特性,采用可移动的冲击射流装置对高层建筑模型进行了测压试验,并通过计算流体力学方法进行数值模拟,分析了风暴移动过程中,风场中不同位置的高层建筑模型表面风压分布特性及风荷载作用机理。结果表明:风暴的移动会使风暴前缘风速加强,而使后缘风速减弱,从而使建筑表面的整体风压出现相应变化。当建筑位于风暴移动中心线上时,气流分离形成的漩涡主要出现在顶面迎风侧前沿及侧面迎风侧上角部区域,这些区域负压相对较大;建筑顶面在风暴经过时会产生较大正压。当建筑位于风暴移动中心线外时,高层建筑的来流风风向会随风暴的移动而不断发生变化;当建筑位于风暴前缘时,与来流风夹角较小的侧面会由于气流在钝体边缘的分离作用而出现较大的负压区域;当建筑位于风暴后缘时,建筑顶面角部区域会由于锥形涡的产生而出现较大负压。     

大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥地震易损性分析EI北大核心CSCD

为了探究完善钢管混凝土劲性骨架拱桥的地震损伤评估方法,以一座上承式高速铁路劲性骨架拱桥为工程实例,开展同种桥型的地震易损性研究。首先,基于OpenSEES平台建立拱桥的非线性数值模型;然后,通过非线性动力时程分析及增量动力分析对主拱肋子构件、交界墩及拱上立柱的地震损伤进行评估;最后,引入两种Copula函数建立串联体系下主拱肋构件系统的易损性曲线,并将其与子构件及基于第一可靠度原理的系统易损性进行对比。结果表明:在三向地震动作用下,主拱肋外包混凝土的损伤概率与损伤程度均明显大于钢管混凝土,且后者的易损位置将随着地面峰值加速度的增大而发生从跨中向拱脚的改变;主拱肋系统的易损性更偏向于外包混凝土,L/4拱肋截面的损伤概率最大;交界墩与拱上立柱的保护层混凝土的易损性水平显著高于纵向钢筋和核心混凝土,位于L/4拱肋位置的立柱损伤概率最大。抗震设计时应重点考虑对易损部位采取加强的设防措施。     

大开孔聚能装药威力性能研究

为了实现聚能装药大开孔威力要求,针对典型钢靶和混凝土目标,对3种不同结构的聚能装药展开研究。数值模拟研究了紫铜、钛合金、铝/钛3种球缺罩的杆式射流成型、开孔及侵彻威力性能;通过静破甲试验对不同结构聚能装药开孔及侵彻威力进行测试和分析。数值模拟结果表明:内/外罩材料为铝/钛时,开孔威力较钛合金罩、紫铜罩有明显提高,其侵彻威力较钛合金罩有所提高,紫铜罩的开孔威力相对最差。静破甲试验结果表明:铝/钛复合杆式射流对45#钢靶及C35钢筋混凝土的开孔孔径较钛合金、紫铜杆式射流有明显提高,其主要原因是低熔点钛、铝的高温气化效应及与靶板介质在熔融状态下发生脆性化学反应,导致靶板抗侵彻强度降低。     

对弹体侵彻混凝土靶体阻力函数计算公式的探讨

基于动态球形空腔膨胀理论,探讨了混凝土材料的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、压力硬化系数对阻力函数的影响,并指出,混凝土靶体的弹性模量和单轴抗压强度对阻力函数影响较明显,而泊松比和压力硬化系数的影响可以忽略不计。在此基础上,该文忽略泊松比和压力硬化系数的影响,通过引入弹性模量与单轴抗压强度的关系式,分别建立了基于弹性-断裂-塑性和弹性-塑性两种靶体响应模型下,同时考虑单轴抗压强度和弹性模量影响的阻力函数理论公式,并建立了弹体侵彻靶体的加速度时程计算模型。通过与不同尺寸弹体侵彻实验数据对比,验证了该文提出阻力函数表达式的适用性及其在加速度时程以及较大尺寸弹体侵彻深度计算中的优 越性。     

预制体尺度对C/C复合材料CVI增密过程影响的模拟研究

对不同直径圆柱预制体的CVI增密过程进行数值模拟研究,分析预制体尺度对增密过程及密度分布的影响。针对高90mm,直径分别为60、120、180mm的预制体,分别模拟CVI过程中预制体的孔隙率、密度以及孔隙平均尺寸分布和变化特征。结果显示,小直径预制体经过一段时间的沉积后密度分布较为均匀,且平均密度值很高;预制体直径较大时,沉积易发生在表面区域,导致表面区域密度较高,中心区域密度值较低,影响进一步的增密过程。     

线性聚能爆炸劈裂技术研究

针对露天爆破工程中的二次破碎质量与效率问题,提出利用线性射流侵彻作用对大块劈裂形态进行控制的方法,设计了线性聚能装药结构,使用光滑粒子法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对有利炸高进行选取,并在有利炸高条件下进行了圆柱型混凝土模型试验,验证了劈裂形态控制的可行性。研究结果表明:线性射流侵彻形成了侵彻轴向两端的张拉应力集中作用,拉长了动力响应裂纹区形状,裂纹区形状决定了劈裂裂纹扩展路径及最终劈裂形态;以射流动能利用率与射流头部速度为指标,可以得到较为可靠有利炸高区间;楔形顶角为90°、60°、45°时,试件分别产生在线性射流侵彻轴两侧较为对称的破碎、径向对称断裂与沿线性射流压缩轴的单主平面劈裂这三种形态;楔形顶角的减小与线性装药长度的增加均可提高射流侵彻轴向主平面的应力集中强度,可减少碎块数量,增大碎块尺寸。     

刚性弹侵彻有限直径金属厚靶的机理与模型研究

采用统一强度理论,考虑靶板中间主应力效应和靶体侧面自由边界的影响,得到线性硬化靶材在弹塑性阶段和塑性阶段的空腔壁径向应力的表达式,建立线性硬化靶材的统一侵彻模型,求出中低速(v₀≤1000 m/s)刚性弹体侵彻有限直径金属厚靶时侵彻阻力、侵彻深度计算公式,并利用Simpson算法对其进行求解,分析了包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述侵彻过程中弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对靶材在不同撞击速度下侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度、靶体半径和弹头形状对有限直径金属厚靶的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻深度增加了22.45%;随着靶弹半径比的减小,侵彻深度不断增大,当靶弹半径比小于等于16时,侵彻深度增大的程度显著,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。