药型罩材料性能参数对双模毁伤元成型的影响

针对不同药型罩材料在多模战斗部中的应用问题,研究了药型罩材料性能参数对双模毁伤元爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)成型的影响。基于Johnson-Cook本构模型,采用单一变量法改变材料参数取值,应用ANSYS/LS-DYNA软件仿真计算了材料特征参数对双模毁伤元成型的影响。对铝、铁、铜三种药型罩材料的毁伤元成型进行了X射线成像验证试验。结果表明,双模毁伤元EFP和JPC的头部速度和长径比随准静态下的屈服应力、应变硬化系数、应变率相关系数、温度相关系数、应变硬化指数取值的增加均呈指数递减。密度对双模毁伤元EFP和JPC头部速度影响最大。屈服应力、硬化系数对EFP毁伤元长径比影响最大。拟合获得了考虑材料性能影响的双模毁伤元头部速度及长径比计算公式。铝、铁、铜三种材料形成的双模毁伤元EFP和JPC的头部速度和长径比的计算结果与试验结果误差小于10%,显示二者结果吻合较好。     

网格密度对聚能侵彻体成型有限元仿真的影响

针对仿真模型的网格密度对聚能侵彻体成型的影响问题,通过LS-DYNA仿真软件和X光成像试验的对比研究,得到了网格密度对毁伤元EFP和JPC速度、长径比等成型参数的影响规律。结果表明,当取装药网格尺寸为0.024倍装药口径时,满足聚能侵彻体成型计算精度的药型罩轴向网格尺寸应为0.4～0.6倍装药网格尺寸。     

装药长径比对JPC成型影响数值分析

针对装药长径比对聚能杆式侵彻体的影响,对JPC 成型影响进行数值分析。基于一种球锥形药型罩,运 用AUTODYN 软件建立聚能装药模型,对聚能杆式侵彻体成型过程进行数值模拟,分析装药长径比对JPC 头部速度、 动能以及炸药利用率的影响规律。分析结果表明：当装药长径比大于1.4 以后,再增加装药长径比对有效装药量增 加的并不多,对JPC 头部速度和动能影响大幅降低,可为聚能杆式侵彻体战斗部的设计及应用提供参考。     

炸药材料参数对定向式动能杆飞散速度的影响

为研究炸药对定向式动能杆飞散速度的影响规律,以非线性动力分析软件LS-DYNA为工具,分别对PENT,Deta sheet-C,C4炸药,TNT,B炸药和8701共6种不同炸药对定向式动能杆的飞散速度进行数值模拟研究,得出炸药的密度、爆速和爆压对动能杆飞散速度的影响规律。实验得到Detasheet-C装药下动能杆的飞散速度,仿真结果与试验结果基本吻合,可为此类战斗部的设计提供参考。     

药型罩材料影响EFP成型的数值计算研究

为了研究弧锥结合形药型罩材料对EFP成型的影响规律,运用LS-DYNA有限元软件,对紫铜、铁、铝、钨、钽5种材料的药型罩所形成的EFP进行了数值仿真研究,得出了药型罩材料的密度、伸长率对EFP速度、长径比等成型参数的影响规律.研究结果表明:随着5种材料密度的增加,EFP头部速度减少了61%;随着其伸长率的增加,EFP长径比增加了35.7%,因此需要选取适当密度与较大伸长率的药型罩材料以获得较佳的EFP成型性能.仿真结果为EFP战斗部的优化设计提供了参考依据.     

环起爆位置对EFP成型的影响

针对环形起爆网络在多模成型装药上的应用问题,利用LS-DYNA仿真软件,通过改变环起爆位置,研究了起爆环距离药型罩的轴向距离和起爆环半径对形成侵彻体的速度、长径比等参数的影响规律.分析结果表明,起爆环半径对EFP成型的影响比较大,当起爆环半径从0倍增加到0.5倍装药口径时,EFP头部速度提高了37%,长径比增加了6.6倍;当起爆环到药型罩的轴向距离从0.34倍装药口径减小到-0.06倍装药口径时,侵彻体速度减小了42.7%,长径比降低了72.6%.数值模拟结果与脉冲X光摄影试验结果吻合较好,仿真与试验结果表明侵彻体速度和长径比与起爆环到药型罩的距离和起爆环半径分别呈线性变化和抛物线规律变化.     

铜、钼形成EFP和JPC毁伤元对比研究

为研究纯钼材料对爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式射流(JPC)成型的影响,基于EFP和JPC双模战斗部结构,设计紫铜药型罩、等体积钼药型罩和等质量钼药型罩3种研究方案,采用LS-DYNA软件和X光摄影试验对比研究钼毁伤元和铜毁伤元。结果表明:钼材料在JPC毁伤元成型过程中表现出良好的塑性性能; 与铜罩相比,等质量钼JPC毁伤元速度提高10.5%,侵彻孔径提高1倍,钼EFP毁伤元密实度小,动能提高2.7%～5.9%,侵彻孔径提高9.2%,侵彻深度降低20%。     

基于三维打印技术的纳米奥克托今与梯恩梯熔铸炸药制备及性能研究

为解决传统熔铸炸药缺陷多、密度低、力学性能差等问题,将三维(3D)打印技术应用到熔铸炸药的成型制备中。采用自主研发的熔铸炸药3D打印成型原理样机,通过筛选熔铸炸药配方、优化工艺参数,成功打印出含纳米奥克托今和梯恩梯的熔铸炸药药柱。对打印的药柱以及传统浇铸的药柱进行了微观结构、密度和均一性、抗压强度以及爆速等性能表征对比。结果表明：3D打印成型的药柱结构密实,密度为1.65 g/cm³,提高2.0%;抗压强度为5.56 MPa,提高273%;爆速为7 184 m/s,提高2.1%;综合性能明显优于传统浇铸成型的药柱。     

壳体厚度对聚能杆式侵彻体成型的影响

采用环形多点起爆方式形成聚能杆式侵彻体,运用LS-DYNA仿真软件,研究了壳体厚度对聚能杆式侵彻体速度、长径比等成型参数的影响规律,找出了获得较佳聚能杆式侵彻体的壳体厚度最佳值。结果表明,当壳体厚度与装药直径的比值为0.04～0.06时毁伤元成型比较好,并得到了壳体厚度对毁伤元成型参数的影响规律曲线。同时,采用X光成像试验进行了验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好。     

VESF材料与结构参数对JPC成型影响的数值模拟

采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D数值仿真分析了VESF对聚能杆式射流(JPC)成型的影响,获得了不同VESF材料、形状(K字形,矩形,三角形)及其与主装药间距下侵彻体成型的仿真结果。结果表明,随着VESF材料密度的增加及其与主装药间距的增大,主装药起爆点由中心逐渐向外过渡;不同横断面形状的VESF也可形成不同的起爆方式,K字形与矩形时为点起爆,三角形时为面起爆。在本研究条件下,VESF材料为钢,横断面为K字型与主装药距离为6 mm的,JPC成型效果最佳。     

不同炸高下的EFP 对盖板炸药的撞击起爆研究

为了研究不同状态下的爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)对盖板炸药的冲击起爆影响,采 用Ls-Dyna 仿真软件,建立EFP 撞击起爆带壳炸药的数值仿真模型。利用EFP 成型过程的不同阶段其头部速度不同, 对不同厚度盖板的CompB 炸药进行撞击起爆数值仿真,分析了各个阶段的比动能、头部速度与盖板厚度的关系,以 及盖板厚度与起爆时刻、位置的变化规律。仿真结果表明：在0.5～1 倍装药直径之间,可以得出临界盖板厚度与头 部速度、EFP 沿飞行方向的投影面积成正比,并且EFP 在侵彻大于2.5 倍装药直径的盖板过程时,不会形成剪切块; 笔者设计的口径40 mm EFP 完全成型后,其比动能为61.81 MJ/m2,可以起爆最大盖板厚度为10 mm 的CompB 炸药; 在一定盖板厚度范围内,冲击起爆时间和冲击起爆位置都随着盖板厚度增加而增加;EFP 飞行至0.5 倍装药直径处, 所能撞击起爆的临界盖板厚度是EFP 成型后的2 倍。该研究对于防空防导的战斗部EFP 设计具有一定的参考价值。     

双模战斗部结构正交优化设计

应用LS-DYNA仿真软件,结合正交优化设计方法,对弧锥结合形药型罩双模战斗部进行了正交优化设计研究.分析了结构参数(圆弧曲率半径、锥角、药型罩壁厚及装药高度)对双模毁伤元成型性能的影响规律,同时讨论了弧锥结合罩的弧度部分与锥度部分比例的大小对双模成型的影响.数值模拟结果表明:两次优化结果均说明药型罩壁厚是确定头部速度的主要因素,锥角是确定长径比和头尾速度差的主要因素;当第二次优化的各因素水平分别为圆弧曲率半径是0.45倍装药口径,锥角是145°,壁厚是0.04倍装药口径,装药高度是1.0倍装药口径,即弧度部分所占的比例较小时,得到的爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)成型效果都较好.     

含能材料燃烧转爆轰研究进展

介绍了国内外在含能材料燃烧转爆轰(DDT)的研究方法、影响因素、机理成因等方面的主要研究成果,目前,DDT的研究方法主要有实验和数值模拟;DDT的影响因素主要有装填密度、约束条件、点火方法和强度、材料自身的物理化学特性等,DDT机理研究主要有"冲击波成长说"和"局部热爆炸说"。今后,应结合新型高能火炸药的安全性研究,开展其DDT规律研究,在DDT数值模拟方面,应建立全面考虑含能材料反应引起的边界问题、含能材料理化特性、几何效应等的三维数学模型。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

射流冲击盖板覆盖下有限厚炸药的仿真和试验研究

为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲冲击波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs^-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。     

PBX炸药及其模拟材料冲击损伤的试验研究

文中利用轻气炮驱动飞片加载技术对JO-9159炸药及其模拟材料样品进行了冲击加载，使其产生损伤，利用锰铜压阻计测量了试件的冲击压力。通过扫描电镜（SEM）对回收样品进行了显微观察．分析比较了炸药和模拟材料在冲击载荷作用下的损伤破坏模式。结果表明两者都具有脆性材料的损伤破坏特征，相对于PBX炸药模拟材料具有更明显的脆性特征。在细观上，PBX和模拟材料的损伤破坏模式是以微裂纹为主的脆性损伤，模拟材料的破坏主要表现为造型粉颗粒的破裂、破碎形成裂纹，而PBX炸药主要表现为颗粒之间的脱粘，并伴有颗粒的破碎。     

炮钢铣削力正交试验与数值仿真

炮钢是一种重要的兵器材料,为提高炮钢的加工精度及表面质量,对切削条件与铣削力的影响规律进行研究。采用正交试验法探讨了各种因素对铣削力的影响规律,建立了铣削力仿真模型,得出了炮钢切削深度、切削速度及每齿进给量等3个切削参数的铣削力经验公式,在加工中心上利用9257B型三向测力仪测量切削力信号,并用数值计算的方法给出相同的铣削力分布数值。结果表明：该铣削力仿真模型准确,试验数据可信。该研究方法可为金属切削理论、材料的切削加工工艺性能和优化切削工艺性能等研究提供一定的参考。     

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。