基于OpenGL的枪弹侵彻伤道可视化研究

快速直观地再现枪弹侵彻人体过程中伤道形成过程，为人体易损性评估提供准确的人体损伤数据。首先构建枪弹侵彻明胶靶标过程中的枪弹运动方程和明胶内瞬时空腔运动方程。接着使用C++语言，在OpenGL规范的基础上，对枪弹运动、空腔膨胀设计了可视化算法程序。程序可以通过数据实时驱动，实现枪弹运动和明胶空腔膨胀的动态变形仿真。将某7.62mm枪弹侵彻明胶的伤道可视化仿真与相应实验进行了对比，验证了仿真的准确性。上述程序可作为人体易损性评估软件的一个模块，用于快速直观地再现枪弹对人体的杀伤效应。     

小口径步枪枪管在连续单发射击下热效应特性

为分析小口径步枪枪管在热载荷和周边零件作用下热效应对枪管性能的影响,开展枪管表面有无周边零件对枪管温度场和热变形场差异研究。基于初始条件和热边界条件,在有限元分析软件ANSYS中建立高温火药气体热作用下三维枪管及周边零件的热-结构耦合模型。将热电偶固定在枪管表面,并对枪管表面10个位置进行温度测量,实验结果与仿真结果基本吻合。温度场和热变形场仿真结果表明：周边零件与枪管表面直接接触区域存在明显的吸热现象,且枪管温度场受周边零件结构的影响出现不对称性;枪管出现了径向内径增大且沿轴向呈现不均匀增大;枪管出现径向轴心的偏移且沿轴向呈现不均匀偏移。研究与分析热载荷和周边零件影响下枪管热效应可以为后期枪械温度场优化从而实现射击精度的提高奠定基础。     

纳米Y2O3 对97W-2Ni-Fe 合金组织与性能的影响

以W、Ni、Fe元素粉末和纳米Y₂O₃粉末为原料,制备97W-2Ni-1Fe和96.5W-2Ni-Fe-0.5Y₂O₃钨合金,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段进行表征,并结合黏结相的面积分数和W晶粒接触度的分析,研究烧结温度与添加纳米Y₂O₃对高密度钨合金微观组织与力学性能的影响。结果表明:随烧结温度升高,钨合金的晶粒尺寸和力学性能明显增加。在1510℃(液相)烧结温度下,添加纳米Y₂O₃使钨晶粒尺寸从21.6μm减小至7.8μm,黏结相的面积分数从4.45%增加至5.35%,接触度为0.67,合金力学性能显著提升,抗拉强度达到611 MPa,硬度(HRC)为40.1。96.5W-2Ni-Fe-0.5Y₂O₃合金的拉伸断裂形态为黏结相的撕裂和少量W晶粒解理断裂,添加纳米Y₂O₃使得黏结相撕裂的比例增加。     

手枪弹撞击戴防弹头盔人体头颈部靶标的钝击效应

防弹头盔虽然能有效防御手枪弹的贯穿性杀伤,但是头盔的瞬态变形仍有可能对人体头部造成严重损伤。为研究头盔致头部钝击伤,采用仿真软件Abaqus用户材料子程序 VUMAT编 写适用于模拟复合材料防弹头盔力学性能的渐进损伤本构模型,基于防弹头盔三维数字图像相关法试验结果验证了仿真模型的准确性;开展9 mm铅芯手枪弹以343 m/s的速度撞击佩戴防弹头盔人体头颈部靶标的数值模拟,获得头盔鼓包高度、颅骨应力、颅内压力和颈椎应力等钝击效应特征量。研究结果表明：头盔未佩戴在人体头部时,顶部弹着点处的瞬态最大鼓包高度可以达到 27.7 mm; 头盔佩戴在人体头部后,由于头部的支撑作用,弹着点处的头盔壳瞬态最大变形量减小为10.73 mm;钝击过程中颅骨上的最大应力达到46.97 MPa,并有单元失效,表明颅骨发生了凹陷性骨折;颅内压力最大值达到208.7 kPa,能够造成大脑等重要器官的中度损伤;各颈椎骨上均有较大应力;各椎间盘中心髓核处应力较大,C₂~C₃椎间盘上的应力最大,达到2.65 MPa。     

枪弹穿甲后效破片对典型防弹衣侵彻毁伤特性试验研究

为研究枪弹穿甲后效破片对有防护人员的杀伤作用效能,采用一种易碎钨合金弹芯材料的穿甲枪弹、10 mm厚均质钢板和典型聚乙烯（PE）复合材料防弹衣,进行穿甲后效试验。分析穿甲后效破片的质量分布和飞散规律,以及两种不同速度弹头穿甲后效破片对防弹衣的侵彻毁伤效果。研究结果表明：枪弹穿甲后效破片的质量分布范围较大,后效破片在距离防护钢板1.4 m处的散布半径为21.3 cm;枪弹穿甲形成的不规则后效破片对PE防弹衣各纤维层的破坏模式以剪切破坏为主,纤维材料在发生剪切破坏的同时,伴有纤维材料的熔融、灼烧破坏;在后效破片密集作用区,各侵彻孔间的边界相互交叉产生撕裂破坏,形成了相互连通的大破口,且大破口周围产生纤维撕裂扩展,能够加剧破坏程度。     

牛皮模拟靶标的弹道损伤特性

为研究牛皮模拟靶标与人体皮肤的相似性,开展离体牛皮和活体动物的弹道冲击试验以及离体牛皮的力学性能试验.分析牛皮力学性能、极限穿透特性,以及动物和牛皮的冲击损伤特征.结果表明:牛皮与人体死尸(PMHS)皮肤的拉伸失效过程表现出相似的3段:缓慢上升、线性上升、急速下降,应变能密度、失效强度和失效应变相对误差分别为6.56％...     

基于三维数字图像相关技术的防弹衣性能测试与评估

为分析在非贯穿侵彻情况下防弹衣瞬态力学响应及人体胸部钝性损伤程度,对5.8 mm通用弹侵彻美国司法协会Ⅲ级碳化硅/超高分子量聚乙烯防弹衣进行试验研究。采用三维数字图像相关技术开展试验,获得防弹衣背面鼓包高度和变形速度等数据,并结合钝性准则和简明损伤定级标准（AIS）对防弹衣距胸部间隙分别为5 mm和10 mm时进行钝性损伤程度评估。结果显示：在侵彻过程中最大鼓包高度的平均值为22.7 mm,鼓包稳定后高度的平均值为16.3 mm,最大变形速度的平均值为117.7 m/s;当防弹衣距胸部间隙为5 mm时 对应的AIS等级为4～5,表明防弹衣后钝击效应仍可对人体造成严重损伤;当间隙扩大到10 mm时AIS等级小于3,表明防弹衣后钝击效应对人体造成轻微损伤甚至不会对人体产生影响。     

基于ABAQUS二次开发的球形破片侵彻UHMWPE软质防弹衣数值模拟

为准确模拟破片侵彻防弹衣的过程,揭示破片与软质防弹衣相互作用机制,本文基于ABAQUS用户子程序VUMAT编写了适用于模拟软质防弹衣材料力学性能的本构模型,建立了球形破片侵彻软质防弹衣的有限元模型,数值模拟结果与实验吻合较好。本构模型中材料失效模式数据表明,无纬布主要发生纤维拉伸、基体拉伸和压缩失效;在钢球侵彻防弹衣的初期,无纬布上的应力云图一般呈现较规则的圆形或椭圆形,然后再慢慢向四周扩散;钢球侵彻软质防弹衣的过程中伴随有较明显的纤维层间分层失效,未穿透的纤维层中也出现了分层的现象,分层面积从迎弹面到背弹面先减小后增大再减小。