步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制研究

为研究步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制,采用有限元分析软件ANSYS/ LS-DYNA建立步枪弹侵彻复合靶标的数值模型。通过该模型模拟了侵彻过程中的钝性冲击现象和明胶瞬态响应,并进行了试验验证。研究结果表明：步枪弹侵彻陶瓷板过程中消耗了弹头大部分能量;明胶内瞬时空腔呈现椭球形基本形态,空腔最大凹陷深度和膨胀速度分别为25.6 mm和35.7 m/s;压力波在明胶内以球面波形式向外传播,在弹着点处峰值压力最大,且压力幅值随着传播距离的增大而不断减小;弹头速度先有一段明显的下降过程,而加速度绝对值则先增大,随后它们都逐渐衰减至0 m/s和0 m/s²;陶瓷板的破坏主要是由拉应力和压应力的反复作用造成的;数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值模拟模型的准确性。     

步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟

为研究步枪弹撞击带软硬复合防护明胶靶标的作用过程和作用机理,采用显式有限元方法对7.62 mm步枪弹侵彻复合靶标过程进行数值模拟,分析侵彻过程中的典型现象及明胶靶标动态响应。数值计算结果表明：陶瓷锥的形成是由压缩应力波和拉伸应力波共同作用的结果;弹头加速度变化存在明显的分段与拐点,侵彻陶瓷面板过程中,加速度达到最大,侵彻聚乙烯（PE）背板层时,出现第二个拐点;由于防护层存在多个界面,撞击过程中PE背板界面存在速度多峰现象：当弹头运动加速度达到最大时,PE背板界面出现第一个速度峰,明胶界面出现第一个压力峰;当弹头开始侵彻PE背板时,背板层出现第二个速度峰;在步枪弹撞击过程中明胶内压力波传递呈现球形波基本形态,压力峰值随距离增加呈指数衰减。     

步枪弹高速冲击下防弹头盔功能梯度泡沫内衬的防护性能

为开发能够抵御步枪弹的新型防弹头盔,研究功能梯度泡沫内衬在防弹头盔中的防护作用,通过材料压缩试验获得30 kg/m3、45 kg/m3和60 kg/m33种不同密度发泡聚丙烯泡沫的力学性能,开展枪弹高速冲击功能梯度泡沫内衬防护下的假人颅脑试验并进行仿真研究.利用人颅脑试验和数值模拟计算,分析均质泡沫、正负梯度、凹凸梯度...     

枪弹冲击下头-颈动力学响应及颈部被动肌影响

针对战场环境下弹体、破片的威胁,研究枪弹冲击下头-颈动力学响应及颈部被动肌影响。利用已建立并通过验证的头盔-头-颈有限元模型,开展9 mm手枪弹冲击数值模拟,获得有/无被动肌作用下人体头-颈动力学响应。研究结果表明：正面冲击时,首先头部额骨处产生应力集中,随后颈部后伸,颈部应力主要集中于下颈椎椎体,椎间盘前侧产生拉伸失效;在被动肌作用下,头部质心最大位移减少31.38%,颈椎椎骨与椎间盘连接处应力以及椎间盘最大应力均降低,椎间盘最大应力减少28.76%;颈部被动肌起到重要的保护作用,可缓解头-颈后伸,减轻颈椎的损伤,在颈部损伤评估中应考虑被动肌的影响。该研究结果可为颈部损伤评估和颈部防护装备的设计提供参考。     

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.     

结构应力对飞机壁板冲击损伤影响的仿真分析

为了明确飞机壁板中存在的结构应力对于冲击损伤的影响,基于ANSYS/LS-DYNA隐式-显式连续求解方法,建立了预加载荷飞机壁板受射弹冲击的动力有限元模型,对存在结构应力的壁板受冲击的损伤响应进行了计算分析,分别比较了壁板在受周向拉伸载荷、压缩载荷和无载荷三种应力条件下以及在不同水平应力条件下受到射弹高速冲击和极限速度冲击的响应情况,结果表明:压缩应力对促进结构的屈曲变形、拉伸应力对增大冲击损伤的孔径和程度影响明显。     

灌封材料对侵彻过载下弹载器件的防护分析

为研究在灌封材料缓冲保护下弹载器件对冲击载荷的动态响应,利用LS-DYNA用户材料自定义程序UMAT二次开发平台,编写朱-王-唐（ZWT）非线性黏弹性本构模型的材料子程序,并将ZWT模型应用于弹体内部灌封材料的动态仿真。通过调整ZWT模型的非线性弹性模量、低应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的松弛时间和材料密度,得出不同参数对应下,弹体内部电子器件不同的动力学响应,并分析灌封材料各参数变化对于弹体内部电子器件响应造成的影响。研究结果表明：当非线性弹性模量、低应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的松弛时间和材料密度的数值降低时,灌封材料的减振和防护效果更佳。根据仿真结果提出了针对不同工程需求的材料优化方案。     

狙击步枪弹准静态弹头挤进力研究

狙击步枪弹挤进过程对狙击步枪射击精度的影响很大,而坡膛的结构参数又是影响挤进过程的一个重要因素。为了揭示坡膛对挤进过程的影响,通过一套设计的试验装置,进行了两种不同坡膛工况下狙击步枪弹的准静态挤进试验,得到坡膛锥角对挤进力的影响情况;采用非线性有限元方法模拟挤进过程,建立弹头挤进过程有限元计算模型,分析仿真结果得到了多组坡膛锥角与挤进力间的关系及其挤进力的组成与各部分所占比重,发现狙击步枪弹不同于其他弹头的挤进特性,同时揭示了狙击步枪弹挤进力的形成机理;依照坡膛、狙击步枪弹的结构特点将挤进过程分为5个阶段,推导出各阶段上挤进力函数表达式;从试验、仿真与理论3个方面研究狙击步枪弹准静态挤进特性,对了解狙击步枪弹挤进过程与弹/枪参数匹配机理具有重要意义。     

大口径防爆弹弹带挤进过程仿真与分析

防爆弹的弹带挤进过程是其在内弹道运动过程中的重要组成部分,弹带挤进时期的应力应变情况对提高火药气体密封、弹丸出膛初速等具有重要影响.根据Von Mises屈服准则,建立了防爆弹3D结构模型和材料模型看,利用显式动力学分析软件ANSYS/Explicit Dynamics对3D模型进行了有限元分析,得到挤进过程中弹带的应力集中区域和变形情况.根据受力平衡,计算了防爆弹动态挤进阻力.数值仿真实验结果为防爆弹弹带、身管设计提供了一定的理论依据.     

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%。     

弹丸被甲材料对弹丸挤进的影响分析

为研究弹丸被甲材料对挤进过程的影响,以某小口径步枪弹为对象进行研究。分析弹丸材料的特性,分 别以H90 铜被甲弹和覆铜钢被甲弹为例进行挤进试验,得到不同弹药对应的挤进力变化;通过有限元仿真模型,结 合试验结果推导挤进过程数学模型,并对其正确性进行验证。验证结果表明,挤进数值分析结果与仿真结果与实验 数据吻合。从分析计算结果来看,被甲材料的不同导致挤进过程也有较大差异。     

基于热力耦合有限元模型的弹带挤进过程及内弹道过程的仿真研究

为了更好地揭示弹带和身管的相互作用过程,建立了弹炮热力耦合有限元分析(FEA)模型,采用Fortran子程序结合显式有限元方法对挤进过程以及随后内弹道过程进行了数值模拟。计算结果和实验数据对比验证了热力耦合模型的准确性。仿真结果表明：采用经典内弹道模型时,次要功系数随时间变化并存在极值;在挤进过程中,弹带表层受热软化对内弹道过程有显著影响;对于药筒定装式炮弹,计及拔弹力可以提高挤进过程及随后内弹道过程的计算精度。     

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响,分析影响枪管寿命的关键因素,在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上,建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明：内膛损伤导致的弹头挤进过程中,质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变,以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理,提高枪管寿命具有一定的参考意义。     

内膛损伤枪管对内弹道性能和弹头出膛状态的影响研究

为研究大口径机枪内弹道性能和弹头出膛状态受内膛损伤的影响规律,探究内膛损伤导致枪管寿终的关键因素,对某12.7 mm重机枪进行了系统的寿命试验。分析获得了该枪枪管内膛损伤的主要形式及其随射弹数增加在枪管轴向的分布及演化规律,在此基础上建立了精确的不同寿命阶段内膛损伤枪管的弹-枪热力耦合有限元模型。采用Fortran子程序实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了12.7 mm弹头内弹道性能及出膛状态等随内膛损伤发展的变化规律,将数值模拟结果与寿命试验数据进行对比验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:弹头出膛时的扰动量、转速的下降量以及表面形貌的改变量等随枪管射弹数增加而增加,在身管寿命后期表现尤为明显;弹头出膛状态的改变是导致该枪枪管寿终的主要原因。研究结果对进一步分析内膛损伤引起的弹头外弹道性能退化行为,实现从内到外完整地分析枪管寿终机理具有重要意义。     

某型铝合金抗弹效应数值仿真研究

高强度铝合金材料由于其独特的防护性能,已作为结构材料应用于轻型装甲车辆。在实验研究的基础上,利用有限元方法模拟分析了弹头侵彻靶板的物理过程。通过选择合适的材料模型和算法,直观地演示了整个穿甲过程中各参量的变化,较好地实现了某型铝合金抗弹效应的三维数值模拟。实验与仿真结果表明：两者在侵彻过程中的宏观物理图像及力学特征上相当接近。这种铝合金材料能有效地抗枪弹等动能弹的打击。     

小型引信电源冲击特性仿真研究

现代轻武器系统-单兵综合作战系统发射的榴弹口径仅有20mm、25mm；法国和美国装备的弹药最小口径也仅有20mm,要满足这样小的弹药的使用要求,关键技术之一就是电源小型化和耐高过载。文中应用大型有限元软件MSC.DYTRAN针对小型引信电源结构在不同冲击过载条件下的动态响应规律进行仿真研究,为推进引信电源小型化设计及工程应用研究奠定基础。