有效射流与药型罩材料的分配关系

应用LS-DYNA 及动态示踪点处理方法,研究典型聚能装药有效射流与药型罩材料的细微分配关系。取临界侵彻速度为2 km/ s,将有效射流按速度分布分为高速( vj 逸5 km/ s), 次高速(4 km/ s臆vj <5 km/ s), 中速(3 km/ s臆vj <4 km/ s)和低速(2 km/ s臆vj <3 km/ s)4 个区间段。结果显示:药型罩的有效区域为一变壁厚的薄壁锥形体,高速段为药型罩顶部内表面往里0. 12 倍壁厚,其低速段最厚处为药型罩内表面往里0. 46 倍罩壁厚,距药型罩底端约0. 2 倍的罩高范围内不形成有效射流。药型罩内表面材料在形成射流时呈渐进分层剥离状,有效区域与药型罩壁厚及质量比例沿罩轴线方向均为指数分布。可为高效聚能装药及复合药型罩研究提供参考。     

双锥结合罩射流特性影响因素的模拟研究

为了消除杵堵,通过对聚能装药进行结构改变,设计出一种锥-锥结合药型罩,上锥罩为铜下锥罩为铝。改变上、下锥罩的长度比例和下锥罩锥角,分析组合药型罩形成射流的规律。研究表明:下锥罩锥角为100°时,随着双锥罩上、下罩长度比增大,射流的连续性好,头部射流速度减小,形成的射流愈稳定;上、下锥罩长度比为2∶1时,随着下锥角角度增大,射流的速度梯度变小,总体能量减小。     

带隔板装药的杆式射流成型试验及侵彻特性分析

带隔板偏心的亚半球罩装药可形成杆式射流,为研究其成型及侵彻特性,以等质量原则设计了3种偏心的亚半球药型罩,开展杆式射流成型的X光试验及静破甲试验,对比不同变壁厚方式偏心亚半球罩杆式射流的成型形态及侵彻能力,找出了形成最佳杆式射流的药型罩变壁厚。研究结果表明,罩顶和罩口厚、中间薄形状形成杆式射流的杵体小,成型效果最佳,侵彻能力强,孔径均匀。通过理论研究杆式射流的成型参数,获得了杆式射流的速度和质量分布,罩顶和罩口部厚、中间薄形状药型罩形成杆式射流的质量较传统单锥罩提高22%,头部速度提高10%.     

钼射流对钢板侵彻能力数值模拟研究

为研究钼在药型罩上的应用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对药型罩不同结构参数进行数值仿真,并采用多物质ALE算法模拟射流侵彻钢靶过程。研究结果表明:采用变壁厚结构圆锥罩,装药直径为126 m时选择顶部壁厚2mm、底部壁厚1.5 mm,壁厚变化率为0.7%,为最优壁厚;选择锥角为60°,最高头部速度可达12.0 km/s以上,形成最大有效射流长度为1 161.09 mm;侵彻500 mm装甲钢靶,250 mm处为最佳炸高。与铜相比,钼药型罩形成射流侵彻能力优于铜。     

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。     

药型罩网格数量对数值模拟精度的影响

为研究药型罩壁厚网格数量对某大口径破甲战斗部数值模拟可信度的影响,应用非线性动力学有限元软 件AUTODYN,对口径为140 mm 的单锥罩射流形成及侵彻1 000 mm 厚钢靶的过程进行数值模拟,并开展静破甲试 验。通过将药型罩壁厚的网格数划分为5 种方案分别计算,考察网格数对单锥罩射流形成及侵彻的影响规律。结果 表明：网格数量较少时,射流提前断裂,侵彻深度较低,且与试验差距较大;当药型罩壁厚的网格划分数为n=6、7 时,与试验结果最吻合。     

两种典型串联聚能射流的数值模拟

为了进一步提高金属射流量和破甲深度,设计了单锥和双锥药型罩相结合的两种不同结构的串联药型罩,且利用Truegrid和有限元软件LS-DYNA对两种聚能射流的形成及侵彻钢板的过程进行了数值模拟。结果表明:这两种结构均能很好的形成射流,能够有效提高射流对靶板的侵彻深度,且以双锥罩为前级的装药结构形成的射流比以单锥罩为前级的装药结构形成射流的速度要高,前者的穿孔孔径较后者要大,在相同条件下,前者对靶板的穿深较后者要深。     

聚能射流参数的工程化函数研究

为了分析药型罩锥角、壁厚及炸药参数对聚能射流性能的影响规律,利用AUTODYN对射流形成过程及参数进行了数值模拟。结果表明,射流头部速度随锥角及壁厚的增加而减小,随炸药爆速的增加而增加;射流半径随药型罩壁厚和锥角的增加而增加。并拟合得到了射流头部速度和射流半径的工程化函数,利用该工程化函数可以快速估算聚能射流的性能参数。     

罩顶材料对双锥药型罩成型及侵彻性能的影响

为提高聚能射流的侵彻性能,提出一种双锥药型罩,通过改变部分罩顶材料,探究其对射流成型及侵彻性能的影响.以钨、钽、镍为罩顶材料,用LS-DYNA软件对不同罩顶材料高度占比下(h/H)钽-铜、钨-铜、镍-铜双锥药型罩和单铜双锥药型罩的射流形成和侵彻钢靶板过程进行数值模拟.结果表明:钨-铜型对头部速度的提升最大,但易断裂,镍-铜型的头部速度最小,钽-铜型成型最好且对侵彻性能的提升最大.当h/H=0.32时,钽-铜结合双锥药型罩形成的射流与单铜双锥罩相比,头部速度提高15％,射流长度增加2.1％,射流侵彻深度提高7.9％,破孔口径提高64％.相比单铜药型罩,双锥药型罩提升大.     

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。     

壁厚变化率对小锥角聚能射流形成影响的数值模拟

基于油气井射孔弹的设计原理,应用LS-DYNA 有限元程序,采用ALE 方法对某特定结构小锥角聚能装药在不同壁厚变化率的情况下射流形成过程及侵彻双层靶板进行了数值模拟,计算结果表明:采用顶部薄、锥底厚的药型罩,射流速度梯度高,可形成高速细长射流;射流侵彻双层靶板孔径小,剩余速度大;小锥角聚能射流侵彻强度高,药型罩壁厚变化率选0.9%为最佳.     

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.     

基于赋权灰色关联分析的药型罩的结构优化

为研究圆锥形药型罩的锥角、锥径、壁厚3个参数对聚能射流效果的影响程度并优化药型罩结构,设计三因素四水平的正交试验,采用ABAQUS软件对聚能射流破甲进行仿真模拟,利用赋权灰色关联法分析射流破甲正交试验结果,得到药型罩的锥角、锥径、壁厚与射流破甲效果的关联度。结果表明：锥角对聚能射流破甲效果影响最大,锥径、壁厚的影响次之。最佳聚能射流破甲效果的药型罩参数组合为：圆锥角61.2°、圆锥半径18 mm、壁厚1.05 mm。最佳参数组合下,聚能金属射流最大速度为5855 m∙s^-1,侵彻靶板深度为59.43 mm,侵彻靶板开口直径为8.24 mm。研究结果可为聚能射流的侵彻应用提供相关理论指导。     

不同壁厚比的双层药型罩聚能射流对靶板毁伤效应研究

对线型聚能装药的楔形药型罩,分别按不同比例(1∶1,1∶2,2∶1)沿罩壁厚方向进行切割,利用ANSYS/LS-DYNA 3D软件对各自的射流形成、拉伸、侵彻靶板的过程进行数值模拟仿真,并与完整的药型罩进行对比,研究了双层药型罩切割壁厚比变化,是否会影响药型罩的射流形成及其侵彻靶板的性能。结果表明:当对药型罩壁厚进行1∶1切割时,射流的速度梯度小,开孔直径提高了60%,侵彻威力提高约27%。研究结果可为线型装药的楔形药型罩的优化设计提供一定的参考。     

基于BP神经网络和遗传算法的环形药型罩优化

环形聚能装药相比传统的聚能装药具有侵彻口径大的优势,为了得到可以形成稳定的环形聚能射流的最优环形药型罩结构,提出了一种将数值模拟结果与BP神经网络相结合,并通过遗传算法对环形药型罩进行优化设计的方法。首先,利用正交试验法对环形药型罩进行方案设计,得到各因素对环形聚能射流稳定性的重要程度,其次利用LS-DYNA软件进行数值模拟得到最初的样本数据,然后通过MATLAB软件拟合出神经网络训练所需的样本数据,接着将环形药型罩结构参数作为BP神经网络的输入,射流头部速度、射流横向速度、射流长度分别作为输出进行训练,同时将测试值作为适应度,最后结合遗传算法选择最优的环形药型罩结构参数。研究结果表明:影响环形聚能射流成形的主要因素是药型罩口径和锥顶角,次要因素为药型罩罩顶厚、内罩偏移量和外罩偏移量; 当药型罩罩顶高为0.81 mm,药型罩口径为15.43 mm,罩顶角为61.89°,内罩偏移量为11.38%,外罩偏移量为14.36%时所形成的环形射流形态比正交实验所得环形聚能射流更好。     

亚半球罩形成杆式射流正交设计的数值分析

为研究亚半球罩形成杆式射流的成型因素,利用非线性动力学软件AUTODYN-2D对其成型过程进行数值模拟.分析亚半球罩外曲率半径、罩高、壁厚和装药长径比4种因素对杆式射流头部速度以及头尾速度差的影响规律,在此基础上对4种因素影响杆式射流的头部速度和头尾速度差的主次关系进行正交设计研究,并通过数据处理得到4种因素各水平的最优组合.研究结果表明:随着装药长径比、亚半球罩外曲率半径、罩高的增大以及亚半球罩壁厚的减小,杆式射流的头部速度和头尾速度差增大;装药长径比是影响头部速度的主要因素,外曲率半径对头部速度影响最小;罩高是影响头尾速度差的主要因素,外曲率半径和壁厚对头尾速度差影响较小.该研究可为杆式射流结构优化提供参考价值.     

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。     

大炸高下喇叭罩聚能装药静态侵彻能力

为了提高大炸高条件下药型罩的侵彻能力,对喇叭罩聚能装药形成的射流侵彻均质钢板进行数值模拟。运用AUTODYN-2D非线性动力学分析软件的Euler算法对其进行数值模拟和试验结果对比,在分析顶薄底厚的变壁厚喇叭罩壁厚变化规律对其所形成射流的侵彻能力的影响。验证结果表明:当药型罩壁厚范围在1.35～1.48 mm,壁厚差控制在0.03～0.05 mm内时,其侵彻能力稳定,能满足设计指标。     

新型包覆式双材质杆状EFP成型的数值仿真研究

为提高对近距离(4~5倍装药口径)轻型装甲的毁伤,基于PELE毁伤机理设计了一种包覆式双材质药型罩。运用ANSYS/LS-DYNA软件对大锥角变壁厚药型罩形成EFP进行数值仿真,研究药型罩锥角与装药长径比以及壁厚变化率对EFP成型的影响,对比分析其成型效果以得到较理想的侵彻体装药结构。结果表明:装药长径比是影响EFP速度的主要因素,锥角是影响EFP长径比的主要因素;药型罩锥角为149°左右、壁厚变化率为10.0%左右、装药长径比为0.8时可以形成较理想的杆状EFP,此时EFP的稳定速度约为2 598 m/s。最后通过传统单材质杆状EFP和该新型双材质杆状EFP侵彻靶板仿真,得出该新型包覆式双材质杆状EFP在侵彻靶板时能够产生类似PELE的横向效应,比单材质杆状EFP对靶板后部有更好的毁伤能力。     

偏心亚半球钼罩形成杆式射流特性研究

为研究钼在串联战斗部前级的应用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,采用多物质ALE流固耦合算法,对偏心亚半球钼罩不同起爆方式、罩高、壁厚和曲率半径下杆式射流的成型进行数值模拟,并对计算结果进行分析,最后通过与锥形钼罩和偏心亚半球铜罩形成射流性能对比得出结论。结果表明:钼在相同结构条件下成型射流形态以及特征参数性能均优于铜;对比锥形钼罩,偏心亚半球形装药结构所形成杆式射流长度、速度、直径以及药型罩利用率均大于锥形钼罩;最后优化得到金属钼在此装药结构下,选择带隔板点起爆、罩高为45 mm、壁厚为1.5 mm、曲率半径为140 mm时形成最佳杆式侵彻体。