陶瓷预制破片侵彻特性研究

为了研究陶瓷破片对有生力量的毁伤效能及在爆炸作用下的侵彻特性,以破片垂直侵彻靶板的实验为基础,采用LS-Dyna程序,对陶瓷破片以四种不同初速垂直侵彻松木靶进行了三维数值模拟.根据模拟结果,分析了侵彻过程各个阶段的物理现象和弹靶作用特征;绘制了不同侵彻初速对侵彻结果的影响曲线,可以为陶瓷破片在不同初速下的毁伤效能研究提供参考依据.结果表明,陶瓷破片在炸药爆炸冲击波作用下,其强度性能满足使用要求;三维数值模拟方法能够揭示陶瓷球垂直侵彻靶板的细节和初速对侵彻结果的影响情况,与实验结果吻合.     

Tc复合弹侵彻陶瓷复合靶的试验与仿真分析

为增加弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻能力,在30 mm制式弹头部采用增韧Tc材料,与制式弹进行对比,研究2种不同结构弹丸对标准陶瓷复合靶的侵彻能力,重点分析对比弹头结构和材料对陶瓷复合靶的侵彻。在相同条件下,对比分析制式弹和Tc复合弹对装甲钢板侵彻孔径的影响。采用ANSYS/LS-DYNA进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,结合仿真结果,进一步分析余速和弹芯剩余质量对弹丸的侵彻能力。     

B_4C陶瓷/金属复合靶板抗侵彻性能数值模拟分析

利用LS-DYNA对平头弹垂直侵彻陶瓷复合靶的过程进行数值分析,研究了B4C陶瓷/金属复合靶板防护能力跟靶板结构设计之间的关系。计算结果表明:B4C陶瓷作面板复合靶有较优的抗弹性能;铝合金作背板与钢板作背板的陶瓷复合靶相比具有良好的抗弹性能。并得到了B4C陶瓷/铝合金板复合靶的防护能力与陶瓷板、铝合金板厚度的变化规律。     

陶瓷厚度与约束对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究陶瓷厚度与三维约束对陶瓷复合靶抗中等口径弹丸侵彻性能的影响,设计了3种陶瓷复合靶,采用30 mm模型弹进行侵彻试验,得到了靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及侵彻过程高速摄像图像;基于数值模拟,分析了陶瓷厚度和约束对靶体极限速度和抗弹机制的影响.当复合靶平面尺寸不大时,陶瓷厚度和约束是影响抗弹性能的重要因素,增加陶瓷厚度与三维约束能有效提高抗弹能力.     

穿甲子弹侵彻陶瓷复合装甲的有限元分析

采用ANSYS/LS-DYNA程序,对穿甲弹以700m/s速度正入射陶瓷复合装甲进行三维模拟.即先选择相关几何模型、有限元计算模型及材料模型,通过模拟陶瓷锥的演化、分析弹芯和被甲材料变形破坏及背板破坏模式,得出弹芯、被甲和背板的变形破坏发展过程.结果表明该JH-2模型能较好模拟陶瓷等脆性材料的大变形行为.数值模拟结果与已有的试验吻合较好.     

Tc动能弹侵彻陶瓷复合靶的仿真与试验研究

在14.5 mm制式弹弹头部采用非金属Tc材料,并与制式弹进行对比,在相同装药量的情况下,试验研究了两种弹丸对陶瓷复合靶的侵彻能力。采用ANSYS-LS/DYNA进行模拟仿真,并与试验结果对比,模拟结果与试验结果基本吻合,Tc复合弹侵彻装甲钢板形成冲塞,并在装甲钢背面有鼓包,鼓包周围有明显的裂纹。结果表明,Tc复合弹对陶瓷/钢复合靶的侵彻能力优于制式弹。     

低侵彻陶瓷枪弹的侵彻性能研究

为研究低侵彻陶瓷枪弹在机舱中的侵切性能,进行了低侵彻陶瓷枪弹对飞机舱壁、飞机舷窗和明胶靶的侵彻试验研究。建立低侵彻陶瓷枪弹侵彻靶板的力学模型,对低侵彻陶瓷枪弹弹头破碎进行了理论分析。通过低侵彻陶瓷枪弹侵彻铝靶的数值模拟验证弹头破碎理论分析的正确性。研究结果表明,低侵彻陶瓷枪弹侵彻结束后,弹头全部破碎,未穿透飞机舱壁和舷窗,对明胶靶的侵彻深度为210~260 mm,满足低侵彻陶瓷枪弹在机舱中的使用要求。陶瓷壳体最大应力始终在所受载荷边缘区域,是侵彻过程中陶瓷壳体最容易破坏的区域。     

凯夫拉与陶瓷复合结构抗侵彻性能数值仿真

为研究凯夫拉-129(Kevlar-129)材料与氧化铝(Al₂O₃)陶瓷面板复合装甲结构对抗侵彻性能的影响,建立平头弹丸侵彻该复合装甲单元的有限元模型。在数值模拟侵彻过程中,通过改变侵彻体的速度与复合装甲的结构,得到不同速度下的侵彻体速度变化曲线,分析了不同速度侵彻体击穿复合装甲的靶后速度与复合结构对其动能的吸收能力。分析结果表明：Kevlar与Al₂O₃陶瓷的复合装甲结构可以更好地抵抗侵彻;Kevlar夹层的位置对抗侵彻能力有较大影响,可为今后轻质复合装甲板设计提供相关技术参考。     

射流斜侵彻陶瓷复合装甲的数值模拟和实验研究

采用ALE算法对射流斜侵彻陶瓷复合装甲的过程进行了模拟研究。通过研究不同靶板倾角和不同陶瓷厚度下射流斜侵彻的剩余速度．得到了射流剩余速度随装甲倾角和陶瓷厚度变化的曲线．陶瓷复合装甲的抗射流斜侵彻能力随装甲倾角和厚度的增加而增强。实验验证表明，射流斜侵彻陶瓷复合装甲的剩余速度数值计算基本一致，其斜侵彻形态也基本相同。     

卵形弹头子弹侵彻铝-铁复合靶的数值分析

运用Johnson-Cook理论模型,在基于有限元软件包ANSYS的显式动力分析模块平台上,模拟研究了弹头侵彻7020铝合金为迎弹面、45号钢为后衬的双层8 mm厚复合靶板的动力过程。在研究中考察了2种材料在不同叠放厚度、弹丸不同着靶速度情况下复合材料板的抵抗动荷载能力。并获得了各种情况侵彻过程下的子弹各动力参量变化情况。研究结果表明：具有特定组分厚度的组合模式更有利于提高防护结构抗侵彻性能、有效减轻自重。     

穿甲弹结构设计与侵彻性能仿真研究

基于杆式穿甲弹弹头形状对子弹穿甲效果的影响,设计了一种弹头结构为多层片状穿甲块和穿甲环结合的穿甲弹。应用LS-DYNA非线性有限元分析软件,对其侵彻三层间隔靶板的情形进行了数值仿真。通过在不同速度下的仿真发现,该子弹能够适应较宽的速度范围,弹头结构可以降低压缩应力波的强度,在侵彻第一层靶板时弹体得到了较好的保护。同时子弹姿态稳定,降低了弹体的跳飞趋势。计算结果为弹体结构优化设计提供了重要依据。     

Tc复合弹对陶瓷/A3钢复合靶穿甲效应的试验研究

为提高弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻威力,在30 mm制式弹弹头部采用增韧Tc材料,并与制式弹进行对比。采用DOP试验方法,结合冲击动力学理论和陶瓷材料特性,研究了2种不同结构弹丸对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应,重点分析对比弹头材料、结构对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应的影响。在相同条件下,对制式弹和Tc复合弹对A3钢板的侵彻孔径、深度,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。采用ANSYS/LS-DYNA进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,结合仿真结果,从弹芯剩余质量上对弹丸的侵彻能力进一步分析,Tc复合弹对弹芯保护的效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供依据。     

狙击弹穿透玻璃后的偏转特性研究

针对狙击手隔着玻璃准确击中目标的问题,对狙击弹穿透玻璃的弹道进行数值模拟。以7.62 mm 狙击子 弹为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA 软件建立有限元模型,分析不同入射角下是否有攻角、转速对穿透玻璃后子 弹偏转的影响,得出不同组合下的影响规律。仿真结果表明：入射角越大,穿透玻璃后子弹偏转距离就越大;有攻 角时,狙击弹穿透玻璃飞行距离越远,偏转距离越大;转速对穿障后子弹偏转距离的影响较小。     

低速陶瓷球侵彻明胶研究

为研究低速陶瓷球侵彻明胶运动规律,通过试验和数值模拟方法,测量了不同直径陶瓷球的冲击速度和侵彻明胶深度; 采用能量守恒模型,计算球形破片侵彻明胶深度; 结合试验结果与理论结果进行验证计算。研究发现:对于球形破片侵彻明胶,利用该文的理论分析模型计算出的侵彻深度与试验结果吻合较好; 基于理论模型的可靠性,发现低速陶瓷球侵彻明胶,其直径是影响侵彻深度的主要因素; 将陶瓷球、钨球、钢球的侵彻能力进行对比,综合考虑侵彻深度和最大空腔半径,结果表明陶瓷球更适合作为毁伤元。     

阵列式陶瓷颗粒破片防护层防弹性能仿真研究

设计了一种称为阵列式陶瓷颗粒破片防护层的新型防弹材料,并对材料的防弹性能进行了仿真研究。当破片侵彻防护层的不同位置时,陶瓷颗粒的破碎情况有所不同,可能发生整体破碎或部分破碎。陶瓷颗粒能在极短的时间内使高速破片的速度降到100m/s以内,然后破片速度进入平台下降期,在0.1ms时刻破片的速度均下降到40m/s以下。研究结果可以为阵列式陶瓷颗粒破片防护层的优化设计提供参考。     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有：径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有：剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。