多层球形预制破片战斗部破片初速场的计算模型

为描述多层球形预制破片战斗部破片的初速分布,针对典型的柱形装药的多层球形破片结构,用AUTODYN软件对其爆炸驱动过程进行数值模拟,发现每层破片的初速周向规律性波动;每层破片的平均初速外层大于内层,其差异随破片层数的增多和周向破片数的减少而增大;基于Gurney假设和冲量定理进行理论推导,结合数值模拟结果,建立了破片初速场的计算模型。该模型通过给出各层破片的平均初速及初速场的速度极值来表征初速场,其计算值与实验结果吻合较好。     

圆柱形预制破片爆炸驱动仿真研究

为获得更精确的预制破片初速计算模型及破片变形与内衬层破裂半径对初速的影响规律,进行一种圆柱形预制破片爆炸驱动仿真研究。通过分析预制破片战斗部的爆炸驱动过程,建立考虑内衬层破裂半径及破片变形量的预制破片理论初速计算模型,利用非线性动力学分析软件AUTODYN,采用Johnson-Cook本构模型和流固耦合算法,对圆柱形预制破片的爆炸驱动进行了仿真研究。仿真结果表明：随着内衬层厚度的增加,内衬层破裂半径增大,圆柱形预制破片的变形量减少。钢制破片及修正后的钨合金破片的理论初速与仿真结果吻合较好,验证了计算模型的正确性。该研究结果对预制破片战斗部的设计具有一定的参考意义。     

反击弹破片飞散特性研究

为使模拟弹爆炸驱动后形成大小均匀、飞散合理的破片群,对模拟弹弹体采用预制破片技术。利用LS-DYNA有限元计算程序和破片初速经验理论公式,得到破片飞散的初速、破片沿着轴向的速度分布和破片向前、向后的飞散角度,并设计模拟弹进行靶场试验验证。结果表明:数值模拟结果与试验结果近似一致,且采用预制破片技术对弹体改性后形成的破片较均匀。     

大口径榴弹自然破片形成过程

为获得典型大口径常规战斗部自然破片质量分布、破片初速等变化规律,利用水井爆炸装置,对某155 mm大口径榴弹自然破片的形成过程进行了破碎性试验研究,并与Mott公式预测计算结果进行了对比;同时基于Stochastic随机失效模型,采用AUTODYN软件对试验榴弹自然破片形成过程作进一步仿真模拟,获得了破片质量分布、破片初速等变化规律。仿真结果表明:4 g以上的破片数量与试验结果吻合较好,总体分布趋势基本完全一致,4 g以下的破片数量存在误差。     

爆轰驱动金属圆筒的能量转换与破片初速模型

基于爆轰产物的JWL状态方程和Taylor破裂判据,从能量守恒出发推导了一种考虑膨胀细节的爆轰驱动金属圆筒能量转换与破片初速模型。选用无氧铜、45^#钢和6061铝合金3种材料进行压装TNT炸药驱动的圆筒试验。对比试验的膨胀轨迹与膨胀速度和模型计算结果,表明所建立的爆轰驱动模型综合考虑了炸药-金属系统驱动的膨胀过程和力学性能因素,相比格尼公式只单一考虑炸药爆轰参数的驱动能力,更全面地考虑爆轰驱动影响因素,计算结果更具有针对性和适用性。     

聚焦式定向预制破片战斗部数值模拟研究

利用ANSYS/LS-DYNA软件对定向预制破片战斗部进行了三维数值模拟,获得了破片的速度、空间分布、径向散布面积和定向战斗部对破片的爆轰驱动过程的物理图像.通过模型建立,对整体破片初速进行理论计算,并与模拟值进行了比较,它们的结果相符.     

传爆管偏置对子弹预制破片战斗部威力的影响

为了给弹药总体和引信传爆序列设计提供参考,以某中型盘状子弹为对象,通过破片初速理论计算和ANSYS／LS-DYNA仿真,并结合试验,得到了传爆管不同偏置距离下子弹战斗部预制破片初速各向分布。结果表明：与中心传爆系统相比,偏心传爆系统离传爆管远的破片初速较高。随传爆管偏置距离增加,同一周向破片间初速差异变大。传爆管偏置9 mm时破片初速增益为－7.28％～8.28％,对子弹战斗部破片杀伤场轴对称性影响不大,因引信安全性设计所需的传爆管偏置结构可行。     

爆炸驱动球形破片飞散的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对球形破片在爆炸驱动下的飞散动态进行了数值模拟,获得了破片初速、飞散角分布及驱动过程的物理图像,模拟了多段串联式弹丸分段延时起爆后破片的空间分布特性.数值计算结果表明,利用分段延时起爆能够使后续破片较好地弥补前一层破片飞散后形成的破片"真空",并在一定时间和空间内形成破片群阵列,从而达到对目标高效毁伤的目的.     

不同硬度刻槽壳体爆炸驱动形成破片特性研究

为了获得材料硬度对刻槽壳体爆炸驱动形成破片性能的影响规律,选取3种不同热处理硬度下的D60钢作为刻槽壳体材料,通过破片速度测试与沙箱回收破片试验,研究了D60钢刻槽壳体形成破片的速度及质量分布特性,并利用AUTODYN-3D软件结合Stochastic随机失效模型,仿真研究了D60钢刻槽壳体爆炸驱动下形成破片作用过程及破片速度、质量变化规律。结果表明:随着硬度的降低,0.1 g以上的破片数量增加,破片平均尺寸增大,不同硬度D60钢刻槽壳体形成破片初速差异不大。HRC36壳体形成的破片形状较另外2种硬度破片规则,且高硬度壳体材料形成破片穿甲能力较强,可以完全穿透6 mm厚Q235A钢板。     

高速破片侵彻防护液舱后的水中运动特性试验研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的水中运动特性,采用高速摄影技术对立方体破片的侵彻过程进行弹道试验,比较破片垂直和倾斜侵彻液舱后的运动轨迹以及引起的初始冲击波的压力特性。试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关,破片初速较大时,运动轨迹向上偏,反之则向下偏;破片垂直或倾斜侵彻液舱时,入射冲击波压力峰值随破片初速的大均相应提高;相同初速条件下,破片垂直侵彻液舱后在水中引起的入射冲击波峰值压力较倾斜侵彻液舱时要大。     

基于陶瓷微粒的非致命战斗部作用方式研究

为了研究陶瓷微粒在炸药驱动下的强度性能和装药结构对炸药爆轰能量的影响,文中将以球形陶瓷微粒与TNT进行混合装药试验为基础,应用LS-DYNA程序,对一种新的战斗部作用方式进行仿真研究,并绘制了陶瓷微粒在炸药爆轰驱动下的速度变化曲线。结果表明,陶瓷的强度完全满足要求,该作用方式可以对爆轰能量进行有效控制,且模拟结果与试验数据有较好的一致性。     

破片形状对复合靶抗侵彻性能影响的实验研究

采用系列弹道实验,研究了双层钢/铝爆炸复合靶在不同形状破片侵彻作用下的毁伤机理和抗侵彻性能。实验采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形破片和边长4.2 mm的钢质立方体破片。基于实验结果,分析了不同形状破片侵彻下靶板的毁伤机理和破坏模式,讨论了破片形状、动能及靶板厚度分布等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形破片和立方体破片的侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;复合靶板抗立方体破片侵彻性能优于抗球形破片侵彻性能;在球形破片的侵彻作用下,当靶板厚度一定时,复合靶板的抗侵彻性能随钢面板与铝背板厚度比的增大而提高,对于立方体破片则相反。     

复合装药威力性能试验分析

为研究复合装药威力性能,设计由高爆速理想炸药和含铝炸药组成的内外复合装药结构.在分析复合装药作用原理的基础上,采用压力传感器法研究不同装药结构的冲击波超压性能,利用靶网测速法研究不同装药结构对破片初速的影响.试验结果表明:相对于单一含铝炸药,外层高爆速炸药、内层由含铝炸药组成的复合装药结构可显著提高冲击波超压值和破片初速.     

中心药抛撒金属颗粒群的初速计算与实验研究

中心药驱动下金属颗粒群的运动的形成机理与破片运动的形成机理不同,颗粒群初速不能直接应用计算破片初速的Gurney公式得到。中心药柱爆炸抛撒颗粒群的实验表明,颗粒的平均初速低于应用Gurney模型计算的结果。颗粒平均初速不仅与颗粒/炸药质量比有关,还与侧向损失、颗粒尺寸、颗粒材料的真实密度及颗粒间的孔隙率有关。在考虑以上4种因素的基础上对Gurney公式进行了改进,计算得到的颗粒初速与实验结果比较一致。改进后的Gurney公式可较好地用于中心药柱爆炸抛撒颗粒的平均初速计算。     

破片对带壳装药冲击起爆的数值仿真

针对弹药可能会受到多发破片的撞击作用影响,对单个和多个破片撞击带壳装药的侵彻效果进行仿真。 运用Autodyn-3D 软件建立有限元模型,模拟不同形状的单破片及双破片撞击带壳装药、冲击起爆夹层炸药的过程, 计算其撞击带壳装药的阈值速度,并分析两破片不同间距对冲击带壳装药响应程度的影响,得出不同情况下冲击起 爆带壳装药的阈值速度和变化规律。结果表明：直径、阈值速度和双破片的间距对带壳装药的冲击起爆有一定的影 响,随着间距的增大,压力峰值减小,衰减变快。     

破片冲击起爆屏蔽装药的临界判据

为研究破片对带盖板屏蔽装药的冲击起爆问题,通过理论计算得到等效破片的直径与速度,结合Held 判 据得到破片冲击起爆屏蔽装药临界判据。用已有的实验数据验证了判据的正确性,并利用AUTODYN 软件进行仿真 比较,得到不同材料破片的临界起爆速度。仿真结果表明：通过该临界判据计算出的屏蔽炸药临界起爆速度和数值 模拟所得结果误差均小于2%,计算结果与实验数据计算结果基本一致。     

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究。基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性。在此基础上,分析特征点的速度与加速度响应以及能量吸收特性,获得结构的毁伤响应特征,进一步探讨面板厚度配置对结构失效模式和塑性变形的影响。结果表明：夹芯复合结构加速度时程曲线中破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值,分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起;上面板和泡沫铝在复合结构整体塑性耗散功中占主导;等质量条件下,上下面板等厚的配置在上面板对于破片的速度衰减能力减弱不大情况下,下面板具有足够强的抗弯能力,使得下面板塑性变形最小,具有最优的抗联合毁伤性能。