爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢靶后破片动能分析

为获得具有较大动能的靶后破片来源以及轴向位置,开展了爆炸成型弹丸（EFP）垂直侵彻装甲钢的试验和仿真研究。借助经过试验验证的仿真方法,分析不同靶板厚度(30~70 mm)、不同EFP着靶速度(1 650~1 860 m/s)下,某典型EFP垂直侵彻装甲钢板后靶板和EFP产生的靶后破片速度、质量沿轴向的分布规律。结果表明：靶板和EFP产生的靶后破片速度随轴向位置近似呈线性增加,当靶板厚度或EFP着靶速度二者之一固定时其斜率固定,并且破片来源(由靶板或EFP产生)对包络线截距的影响也很小;靶板产生的大质量(>10 g) 破片均分布在破片云中间或者靠近靶板的位置,EFP产生的大质量(>10 g)破片均分布在远离靶板的位置;具有较大动能的靶后破片主要由EFP产生,并位于远离靶板的位置。     

EFP垂直侵彻靶板后效破片云形状描述

为了准确描述爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectile,EFP）垂直侵彻有限厚靶板后效破片云的形状,基于量纲分析及正交设计理论,利用AUTODYN软件中SPH算法研究了EFP成型参数、弹靶材料参数对靶后破片云形状的影响,建立了EFP垂直侵彻靶后破片云形状的数学描述模型。利用该模型计算了EFP垂直侵彻靶后破片云形状参量长半轴,并和仿真结果及相关试验结果进行对比,结果表明,该模型计算的后效破片云长半轴结果与相关试验结果误差控制在3%以内,能够准确描述EFP垂直侵彻有限厚靶板后效破片云的形状。     

爆炸成型弹丸(EFP)侵彻混凝土靶实验研究

设计了两种药型罩结构的聚能装药侵彻混凝土靶实验,并对破坏效果进行了分析与探讨.同时对两种结构的聚能装药爆炸形成爆炸成型弹丸的过程进行了三维动态模拟和分析.模拟结果表明,弹丸飞行稳定性好,并且速度的均匀性也较好.     

刻槽式多爆炸成形弹丸对双层有限厚钢靶侵彻能力及后效研究

应用ANSYS/LS-DYNA软件研究了刻槽式多爆炸成形弹丸（MEFP）对双层有限厚钢靶侵彻能力及后效,得到了刻槽式MEFP战斗部对双层有限厚钢靶侵彻及后效的效果图。结果表明：装药长径比对弹丸成型后的形状影响较小,刻槽深度对弹丸成型后的形状影响显著;其他条件不变时,药型罩厚度增加使弹丸轴向速度减小,进而增加了药型罩侵彻时的侵蚀量,因此从侵彻深度角度考虑,药型罩厚度存在最优值;从整体看,刻槽深度较浅的战斗部后效较好。计算结果与试验结果基本一致。     

爆炸反应装甲对爆炸成型弹丸侵彻效应影响的实验研究

为揭示三明治结构爆炸反应装甲（ERA）对爆炸成型弹丸（EFP）侵彻效应的影响,开展了铜质杆式EFP对披挂典型斜置角ERA主靶板的侵彻效应实验。采用脉冲X光摄影方法拍摄了EFP与ERA相互作用的图像,并获得了EFP对主靶板的剩余侵彻深度（RDOP）。实验结果表明,EFP对披挂ERA主靶板的RDOP随着ERA斜置角的增大而呈非线性下降,相对无ERA时的侵彻深度下降百分比呈指数增长的变化趋势。ERA炸药层厚度为0.027D（D为装药口径）时,当斜置角为0°和30°时,EFP的RDOP和相对侵彻深度下降百分比变化较小;当斜置角从30°增大到60°时,EFP的RDOP从0.50D减小至0.19D,相对侵彻深度下降百分比则从41%迅速增大到77%. 随着ERA炸药层厚度的增大,EFP的RDOP减小、相对侵彻深度下降百分比增大。其中, ERA炸药层厚度为0.027D时的相对侵彻深度下降百分比比ERA炸药层厚度为0.018D时平均增大8%.     

不同材质靶板抗破片侵彻等效关系实验研究

文中在试验建立钨球对2π装甲钢板和LY12CZ铝合金板的极限穿透速度公式的基础上，通过量纲分析、依据极限穿透速度相等的原则建立了不同材质靶板抗破片侵彻的厚度等效关系，与实验结果符合得较好。     

结构参数对爆炸成型弹丸性能影响的研究

为研究聚能装药结构参数对爆炸成型弹丸性能的影响,利用三维动力有限元程序,对爆炸成型弹丸形成过程进行了数值模拟,研究了装药长径比、装药密度、药型罩材料、起爆方式以及壳体厚度对爆炸成型弹丸性能的影响规律。根据研究结果,设计了一种较优化的聚能装药,并进行了聚能装药侵彻混凝土靶板实验。实验结果表明,设计的EFP聚能装药对混凝土靶板有较好的开坑效果,开坑孔径和孔深分别接近装药口径的0.6倍和6.4倍。     

钢球破片高速侵彻多层组合靶实验研究

叙述了钢球破片以高速(1200-2200m/s）侵彻多层组合靶实验的物理现象。分析了钢球机械性能和着速对击穿能力的影响。得出了在一定破片质量下着速与击穿概率的关系曲线。实验证实了在高速侵彻条件下，用多层组合靶比用等强度单层靶更符合实际更科学的观点。本研究结果为导弹杀伤战斗部和杀伤弹丸的设计提供了可靠的依据。     

爆炸成型弹丸侵彻相似律的数值模拟研究

利用相似理论分析了爆炸成型弹丸侵彻钢靶过程的相似参数,建立了爆炸成型弹丸侵彻钢靶的相似律关系.在此基础上以球缺型爆炸成型弹丸为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA对满足模拟比的爆炸成型弹丸侵彻钢靶的过程进行了数值模拟.数值模拟结果表明,模拟弹与原型弹的成型符合相似律,其对钢靶的侵彻深度也满足模拟比.因此,侵彻相似律在爆炸成型弹丸侵彻研究中是成立的.     

弹丸侵彻运动钢板的数值模拟

针对反舰弹丸打击运动目标,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对反舰弹丸侵彻不同组合模式、运动状态钢板的过程进行了数值模拟,分析了钢板的单层厚度、总厚度、运动状态对反舰弹丸侵彻过程的速度、姿态及受力状态的影响特性.数值模拟结果表明,钢板的总厚度是影响弹丸速度变化的主要因素,单层钢板的厚度是影响弹丸姿态和壳体应力状态的主要因素,钢板运动对弹丸速度变化和壳体应力状态的影响相对较小,但对弹丸的姿态影响较大.     

弹丸对预开孔混凝土靶体侵彻的实验研究?

针对集群聚能串联战斗部设计思想,将前级对目标的破坏简化为开孔预破坏,开展了弹丸对预开孔混凝土靶体的实验研究,分析了靶体开孔形式对弹丸侵彻性能的影响。结果表明,弹丸对预开孔靶体的侵彻深度随靶体开孔数量和开孔深度的增加而增加,相对说来,增加开孔数量相当于增加了靶体破坏面积,对提高后级侵彻能力更为有效。研究结果可为串联战斗部的前级集群聚能装药设计提供参考。     

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明：长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。     

不同形状的预制钨破片正穿甲钢靶的破孔能力分析

为了探究不同形状和初始动能条件下预制钨破片对中厚钢靶的穿甲问题,采用LS-DYNA动力显示分析软件分别对不同初速条件下,3种形状破片撞击钢靶的过程进行仿真模拟.通过对比分析弹靶毁伤形貌和破片速度时程曲线等,得到了形状和初始动能对穿甲威力影响的变化规律.仿真结果表明:相同初始条件下,不同破片形状对钢靶的侵蚀程度不尽相同,但侵彻机理相似;侵彻动能的增加对穿甲威力的提升影响显著,穿甲威力随侵彻动能的增加而增大;初始动能相同时,立方体形破片破孔能力最强,圆柱形破片次之,球形破片最弱;与此同时,立方体形破片在穿甲过程中速度及动能衰减最为严重.     

刻槽弹体旋转侵彻铝靶试验与数值模拟

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400～700 m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300～700 m/s,转速0～1 500 r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。     

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。     

弹丸倾斜入射高硬度靶板的抗弹特征研究

采用 5 3式 7.6 2mm穿燃弹倾斜入射 10mm厚、硬度为HRC4 4～ 5 6的Cr-Ni-Mo系试验装甲钢进行了穿甲试验 ,研究了在不同硬度状态下 ,硬度对装甲钢板安全角的影响。依据倾斜入射的穿甲特征和靶试后对靶板损伤情况的分析认为 :弹丸在倾斜入射靶板时 ,随着靶板硬度增加 ,靶板安全角减小 ,抗弹性能提高 ,这主要是由于高硬度靶板使弹丸产生断裂和破碎及弹丸在开坑和侵彻阶段的阻力加大所致。     

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。     

弹丸贯穿有限厚混凝土靶板实验与仿真分析

弹丸对混凝土的撞击、侵彻、贯穿和破坏是目前国内外众多力学研究者都广泛关注的问题。作为一种人工灌注而成的复合材料,混凝土材料的最大特点就是它的抗压强度远大于抗拉强度。由于混凝土材料的复杂性,使弹丸对混凝土靶的侵彻过程变得非常复杂。在弹丸贯穿有限厚三层混凝土靶实验的基础上,利用LS-DYNA瞬态动力学分析软件对实验过程进行了计算机仿真,将侵彻过载曲线、靶面成坑、靶背崩落等数据与实验结果作了对比。仿真的混凝土靶板破坏情况及冲击过程中的过载等参数与实验结果基本相符。说明在材料模型及其参数、控制条件等选择正确时,利用数值模拟方法来解决弹丸贯穿混凝土靶板问题是有效的。     

柱形破片对多层间隙靶侵彻试验研究

对钨合金柱形破片侵彻多层铝合金间隙靶板进行了试验研究,模拟预制破片弹中杀伤元对目标的侵彻特性.分析了破片质量、着靶速度对多层靶板侵彻能力的影响,获得了基础试验数据,并结合工程计算模型,拟合得到了靶板侵彻层数随破片质量、着靶速度的数学方程.该拟合方程可用于评估长径比为1且正侵彻的钨柱形破片的侵彻能力,对预制破片弹的破片选择提供实用参考.