不同头部形状长杆弹侵彻过程的数值模拟

采用数值模拟技术研究了4种不同头部形状长杆弹体侵彻半无限厚轧制均质装甲(RHA)靶板的过程,重点考察弹体头部结构对侵彻过程的影响。结果表明：当靶板为高强度材料时,在相同的条件下,长杆弹体的侵彻深度是由弹体材料的失效机制决定,弹体头部形状对其影响较小;但长杆弹体头部的轮廓在撞击初始阶段对靶板的破坏有一定的影响,尤其是靶板开坑截面的大小。     

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶深度分析模型

将高速长杆弹对半无限混凝土靶的侵入过程分为开坑、侵蚀阶段侵彻和刚体阶段侵彻。侵蚀过程中计算长杆弹质量的减少量,侵彻过程中计算侵彻深度的增加量,对侵彻增量进行求和得到侵蚀状态侵彻总深度。刚性阶段侵彻混凝土时,运用空腔膨胀理论计算侵彻深度。应用分析模型对钨杆侵彻半无限混凝土靶深度进行了计算,与实验结果吻合较好。     

长杆弹斜侵彻有限厚钢甲的简化模型

本文建立的简化模型考虑了钢和钨、铀合金长杆弹碰击各种倾角均质钢板(T_0/d≥1)发生的跳飞、嵌入、穿透和冲塞等现象,可给出侵彻过程中杆体的速度、角度和长度的变化,及其对靶侵彻的弹坑底线形状和靶背表面鼓包的情况。对着速在900～1800m/s的侵彻计算表明,该模型与实验结果有良好的一致性,可以反映出弹、靶材料、几何条件等对穿透过程的影响。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

等动能长杆弹侵彻行为的研究及优化设计

为了提高长杆弹的侵彻效率,针对长杆弹对半无限靶板的垂直侵彻行为,分析了影响侵彻深度的主要因素,并利用经验公式和商业数值软件研究了各因素对侵彻深度的影响规律和机制。研究表明:当弹体的总动能一定时,存在一个长径比、入射速度、弹体旋转速度,使得该种长杆弹的侵彻深度达到最大值,并对已知总动能的情况下如何求解和优化设计这些参数进行了说明。     

长杆弹侵彻多层金属间隔靶板的数值模拟与实验

为了考核小型长杆弹对特定目标的打击能力,利用LS-DYNA显式有限元程序,对2种长杆弹侵彻2层金属靶板的情形进行了仿真计算,并进行了动态实验。通过分析弹着角、初速度、攻角等因素对长杆弹侵彻性能的影响,证明2种长杆弹对典型工况都具有良好的适应性,可以实现对预定靶标的有效打击。实验结果一方面验证了数值仿真结论,同时也可为子弹优化设计提供技术指导。     

长杆体稳定侵彻阶段头部形状的侵彻效率分析

基于不同材料长杆体稳定侵彻过程中破碎头部形状不同的事实,计算了两种初始头部形状相同但在稳定侵彻过程中破碎头部形状不同的杆体所受阻力,并基于此阻力求得对应头部形状的长杆体的侵彻深度,侵深值符合对应实验结果。阻力和侵深的结果比较表明,破碎头部形状尖锐的杆体侵彻效率高于较钝头部形状的杆体。     

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。     

长杆弹侵彻过程中弹靶材料本构参数对侵彻计算的影响规律及其优化

利用材料动静态力学性能实验结果拟合出的Johnson-cook本构方程,在应用于侵彻问题研究时需要做进一步的校正和优化。基于现有侵彻实验结果和经验证较准确的材料本构方程,对弹靶材料均为4340钢时杆弹垂直侵彻半无限靶板进行系列数值仿真研究和初步的理论分析,得到各本构参数对侵彻计算结果特别是最大侵彻深度的影响规律。研究表明:除参数A外,其他4个参数与弹体的最大侵彻深度之间分别呈线性关系;材料的应变率硬化因子C、温度软化因子m和应变硬化指数n对弹体最大侵彻深度影响远小于参数A和B;相对于参数B与n,参数A的实验测量误差相对较小;在参数的校正和优化过程中,注意对参数A和B、n进行调节,特别是参数B的优化。给出各参数与弹体最大侵彻深度的内在联系表达式,并对实验中的4340钢进行校正和优化。计算表明,利用优化后的本构参数所得到的侵彻结果更加准确。     

超高速钨合金长杆弹对混凝土侵彻及损伤破坏的数值分析

采用二维拉格朗日弹塑性流体力学计算程序LTZ-2D,分析了超高速钨合金长杆弹侵彻混凝土靶板的过程以及靶板的损伤破坏情况.计算结果表明,与低速侵彻规律相同,截卵形弹头以及较大的长径比更有利于弹体对靶板的侵彻,但对混凝土靶板造成的损伤相对较小;由于弹体失效的影响,存在一个临界速度,当弹体的着靶速度高于临界速度时,弹体对靶板的侵彻能力随着撞击速度的提高而降低.     

头部非对称刻槽弹体侵彻混凝土目标性能研究

为进一步提高弹体对混凝土类脆性靶体的破坏能力,提出一种可对混凝土施加轴线压缩与切向剪切联合破坏作用的头部非对称刻槽弹体,并在极坐标下表征非圆截面头部弹体结构。利用准静态柱形空腔膨胀模型,建立轴向压缩-切向剪切联合作用下的准静态柱形空腔膨胀理论模型,推导得到考虑剪切效应的靶体响应力函数。在此基础上,发展了头部非对称刻槽弹体侵彻半无限厚混凝土目标局部相互作用模型。基于前述分析,开展了头部非对称刻槽弹体侵彻半无限混凝土目标系列试验研究。研究结果表明：考虑剪切效应的二维空腔膨胀理论及局部相互作用模型的理论计算结果与试验结果吻合较好;与普通尖卵形弹体相比较,头部非对称刻槽弹体具有较好的侵彻能力,能有效提高侵彻深度。     

考虑侵蚀效应的卵形弹丸侵彻混凝土介质模型研究

建立同时考虑弹丸质量损失和头部钝化的迭代计算模型,在弹体和靶体参数已知的条件下可以预测侵彻深度、质量损失、头部形状变化以及过载等侵彻相关物理量。通过对侵彻实验数据的验证分析,提出了一种考虑混凝土骨料硬度与弹体材料硬度比值的侵蚀修正系数,修正后的模型对侵蚀的计算精度增加明显。在修正后的模型基础上,对常用的Forrestal经验阻力公式中的静态阻力项进行修正,新的静态阻力项更加精确地反映了有侵蚀效应的弹丸侵彻混凝土的静态阻力。实验和模型对比发现:骨料硬度和弹体硬度的比值与弹丸质量损失率呈线性关系。     

不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土的研究

为了研究着靶速度在1000～2000 m/s时弹丸的运动规律,分别对不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土进行研究。介绍弹丸高速侵彻混凝土的研究现状,采用数值模拟方法对其进行研究,阐述高速弹丸侵彻混凝土的数值仿真,分析不同头部形状对弹丸高速侵彻混凝土的影响,并获得弹丸头部形状、着靶速度和侵彻深度的关系。仿真结果表明：当速度范围在1400～1700 m/s时,锥形头部弹丸的侵彻效应要优于其他三者;当速度范围在1800 m/s以上时,卵锥形弹丸由于发生大的磨蚀与变形此时已经失效,并且在此速度范围下,其他3种弹丸的侵彻效应逐渐趋于一致。该研究结果对今后动能弹及半穿甲弹丸的弹形设计具有一定借鉴意义。     

刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶阻力模型

建立刚性弹的侵彻阻力模型,是对钢筋混凝土靶侵彻进行理论建模时首先需要解决的问题。针对现有模型的不足,以文献［3］中钢筋混凝土空腔膨胀理论和文献［4］中开坑深度模型为基础,通过研究弹体与钢筋的相互运动、钢筋的受力和失效,给出了弹体冲击作用下的钢筋动态响应模型;基于单根钢筋对弹体的碰撞作用力,考虑不同典型着靶位置以及弹体同时与两层钢筋相互作用的情况,建立了较为完备的钢筋混凝土靶侵彻阻力模型;结合文献\[13-14,18-20\]中的实验数据对该模型进行了验证与参数影响分析。结果表明：新模型能够较为合理地计算侵彻过程,反映了弹体与钢筋碰撞作用的细节,可为弹体侵彻及钢筋混凝土防护的工程实践提供理论参考。     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的后效破片云实验研究

为研究爆炸成型弹丸（EFP）穿透钢靶后的后效威力,设计了长杆形EFP装置及对45号钢 靶板的侵彻实验。采用X光摄影方法观测EFP穿过靶板后的破片云形态及飞散特性;通过测量靶板后一定距离处验证板上的穿孔,得到靶板后破片数量。从拍摄的脉冲X光照片可以看出：EFP穿透钢靶后形成的破片云形状是截椭圆形,飞散角约50°. 从验证板上的穿孔可以看出：靶后破片可穿透10 mm铝板,破片穿孔分布相对随机,穿孔直径近似呈正态分布特征,破片飞散角与X光观测结果一致;随着靶板厚度增大,破片飞散角均为50°,但靶后破片数量呈先增大、后减小的趋势,即存在靶后破片数量最大化的靶板厚度。从回收到的破片可以看出：靶后碎片由EFP和钢靶碎片共同构成。     

异型弹芯斜侵彻靶板的数值分析

分析了高速撞击过程中不同入射角的异型弹芯的斜侵彻运动.结合异型弹芯侵彻靶板试验,建立了三维有限元计算模型,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行仿真计算,得到速度为1.5 km/s时靶板侵彻变形过程中的应力分布图,给出了碰撞过程中任意时刻的速度、加速度及能量的变化曲线.根据仿真结果,得到异型弹芯入射角与侵彻深度的变化曲线,与试验进行了对比,数值结果与试验结果吻合较好.     

斜侵彻弹体运动分析与仿真

文中对斜侵彻弹体的运动进行了分析与仿真，分析了斜入射对侵彻的影响程度，得出初始偏航角的增大使得侵彻的深度不断减少，并且对弹体的抗弯折能力提出了更高的要求。对于弹体在不同侵射角下对混凝土的侵彻。应用DYNA3D软件进行了仿真．分析与仿真得出的结论一致。     

类钢密度活性材料弹丸撞击铝靶行为实验研究

采用弹道碰撞实验对类钢密度冷压成型和烧结硬化聚四氟乙烯/铝/钨系活性材料弹丸撞击铝靶行为进行了研究。基于圆柱形活性材料弹丸正碰撞不同厚度2A12硬铝靶的弹道极限速度、穿孔破坏模式及平均穿孔尺寸实验结果,结合THOR侵彻方程,得到活性材料弹丸正碰撞铝靶的弹道极限速度半经验关系,并分析铝靶厚度对活性材料弹丸相对于钢弹丸侵彻行为及性能的影响。从活性材料内部压力分布、靶板背面稀疏波卸载效应和活性材料激活响应点火时间等角度,分析和讨论了活性材料弹丸化学响应行为对侵彻性能的影响机理。分析结果表明,随着靶板厚度的增大,活性材料激活率和侵孔内爆燃压力随之提高,从而导致侵彻末端爆裂穿孔能力的显著增强。