破片侵彻戴防弹头盔头部靶标钝击效应数值模拟

为研究低速破片对于佩戴防弹头盔的人体头部靶标的杀伤效应,基于枪弹侵彻防弹头盔的3D-DIC试验和和头部撞击试验验证复合材料头盔仿真模型和头部有限元模型的准确性,构建6 mm钢球破片侵彻戴防弹头盔人体头部靶标的数值模型,开展破片从正面、侧面和顶部3个方向的侵彻效应数值模拟。研究结果表明：当破片以600 m/s的入靶速度侵彻时,正面、侧面和顶部侵彻弹着点处的瞬态鼓包高度分别为10.2 mm、11.3 mm和11.5 mm,表明有头部支撑头盔的情况下破片侵彻造成的背面鼓包高度接近;正面侵彻过程弹着点底部颅骨应力最大,侧面侵彻颅骨弹着点底部应力最小,破片侵彻造成的颅骨应力均不会超过损伤阈值,表明低速破片侵彻不会造成颅骨损伤;正面、侧面和顶部侵彻造成的颅内压峰值分别为495 kPa、110 kPa和327 kPa,表明在破片侵彻中侧面的防护效果最好,正面和顶部的颅内压峰值可以造成脑损伤。     

低密度射流冲击带壳装药起爆阈值的数值仿真

为消除反应装甲对主射流的干扰,提高破甲弹侵彻爆炸式反应装甲（ERA）的能力,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对特氟龙、尼龙、树脂玻璃等低密度材料射流冲击起爆带壳B炸药进行了仿真研究,并分别实现了高速下对带壳B炸药的穿而不爆。仿真发现：树脂玻璃表现出更佳的延展性,形成的射流形态更好,可在更高的速度下实现对ERA的穿而不爆,可作为反ERA聚能装药药型罩的优选材料;利用u2d阈值的测量方法作为射流冲击起爆的判据时,这几种射流的起爆阈值基本一致,高出Held提出的阈值约12.5%。     

尼龙射流冲击夹层装药的仿真研究

为实现尼龙射流对夹层装药的穿而不爆,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对尼龙射流冲击起爆夹层B炸药进行数值仿真,研究不同装药结构下尼龙射流对夹层装药的侵彻效果。结果表明,药型罩壁厚和锥角与射流u2d值成正相关关系,装药长径比与射流u2d值成负相关关系,尼龙射流冲击引爆夹层B炸药的u2d阈值约为20.939 mm3/μs2,对反爆炸式反应装甲(ERA)战斗部设计具有重要的参考价值。     

断裂射流冲击夹层装药的仿真研究

为讨论断裂的前级射流侵彻夹层装药后夹层装药的反应情况,采用非线性动力学软件AUTODYN-2D对该情况进行数值仿真,研究断裂射流在不同的直径、间距以及长度的情况下侵彻夹层装药的影响结果。研究表明:断裂的射流可实现对夹层装药的穿而不爆,可为射流冲击夹层装药实现穿而不爆提供一定的参考价值。     

基于人体解剖结构的单兵防护后损伤评估

为评估人体靶标在穿戴防弹衣情况下,枪弹钝击或穿透防弹衣时对人体造成的损伤严重度,基于真实人体切片数据构建了穿戴防弹衣的数字化人体模型,采用高速摄影机拍摄枪弹侵彻有防护明胶靶标过程,获得明胶靶标内部瞬时空腔的演化数据,并建立瞬时空腔简化模型。采用简明损伤定级标准（AIS）评价单个组织器官的损伤情况,分别基于最大简明损伤评分（MAIS）和新损伤严重度评分（NISS）损伤评估算法给出钝击和穿透防弹衣情况下人体相应部位的损伤评分结果,并进行死亡率预测。开发了人体易损性评估软件,获得了某枪弹以不同速度钝击和穿透穿防弹衣人体时,对人体造成的损伤严重度评分值。研究结果表明：当某枪弹以速度638 m/s射击穿防弹衣人体胸部时产生钝击损伤,人体损伤评分结果为MAIS=3、NISS=27,死亡率预测结果为12.88%;当某枪弹以速度714 m/s 射击穿防弹衣人体胸部时,枪弹穿透防弹衣直接侵彻人体组织,人体损伤评分结果为MAIS=5、 NISS=75,死亡率预测结果为97%。     

结构参数对CEW战斗部成型影响的数值仿真

为适应灵巧弹药的发展,提高战斗部综合毁伤效率,利用ANSYS/LS-DYNA软件欧拉算法进行了多功能战斗部成型的数值模拟以及结构参数对多功能战斗部成型影响的数值分析,得出了周边药型罩的最佳数目,以及药型罩口径及曲率半径的最佳匹配关系。结果表明,周围采用16个小药型罩的多功能战斗部对装药的能量利用率较高,有效覆盖面积及密度更大,综合作战效能好;周边药型罩曲率半径与口径的最佳匹配关系为0.7≤r/dK≤0.9;中心药型罩曲率半径与口径的最佳匹配关系为0.85≤R/DK≤0.9。     

CEW战斗部成型数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件对CEW战斗部成型进行了数值模拟,并通过加一层外沿装药和壳体的方式使周围MEFP实现了很好的成型效果。然后对药型罩的壁厚对CEW成型性能的影响进行了模拟分析,发现中心药型罩为3mm时形成的EFP为长径比较大的中心密实的弹丸,且速度较高。周边药型罩在壁厚2mm时形成的EFP具有可观质量及速度。数值模拟结果表明,药型罩存在一个最佳的壁厚,在此壁厚下EFP具有较高的速度、合适的长径比、易于稳定飞行的外形。     

结构参数对离散杆战斗部效能的影响

为提高离散杆战斗部的毁伤效能,应用非线性有限元软件LS-DYNA,采用Lagrange算法模拟不同材料和不同厚度的内衬及不同放置角度的杆条对战斗部的影响。结果表明:内衬材料和杆条放置角度对杆条动能及战斗部成型效果影响较大;当内衬材料为尼龙,厚为3mm,杆条放置角度为5~8°,杆条整体动能较大、成型较好、杀伤直径较大。     

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。     

圆筒形辅助结构对半球罩射流成型影响的研究

为了研究圆筒形辅助结构对半球药型罩射流成型及侵彻性能的影响,运用非线性动力学仿真软件Autodyn-2D的Euler算法对模型进行数值仿真。研究得到:带有圆筒形辅助结构的半球药型罩比普通半球罩成型更好,射流头部速度提高了58.75%,射流长度提高了61.54%,侵彻能力提高了46.08%.据此结果,当研究结构的圆筒直径为30 mm、圆筒高度为30 mm时,射流的综合性能达到最好。