分段杆弹的梯度化设计

为充分发挥出分段杆弹侵彻效能，利用LS-DYNA软件拉格朗日算法对钨合金长杆弹侵彻装甲钢进行数值模拟，得到长杆侵彻的典型物理图像和重要物理量的时程曲线，与实验和理论结果进行对比，验证有限元模型的有效性。构造了各段长度梯度分布的和各段直径梯度分布的两类分段杆，对比研究了其侵彻效能。研究结果表明：分段杆弹体总有效长度一定时，各段长度均匀相等时分段杆的侵彻能力最大；各段直径梯度分布的分段杆弹比各段长度梯度分布的分段杆侵彻深度大。     

侵彻准稳定过程中冲击速度与侵彻速度的关系

针对93W长杆弹垂直侵彻半无限4340钢靶的准稳定阶段进行研究,根据弹尾和弹体平均速度时程曲线分析准稳定阶段的速度特性和时间分布,并对不同长径比不同入射速度条件下冲击速度与侵彻速度之间的关系进行研究。研究表明,不同条件下侵彻速度与冲击速度发生较大的变化,但两者之间的关系不变且满足线性关系。这种关系与利用流体动力学模型所推导出的线性关系明显不同。     

平头钢弹侵彻钢靶板过载特性的数值分析

利用LS-DYNA软件,研究了平头钢弹侵彻钢靶板时的过载特性,针对几种典型的弹体初速度、弹体长径比进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹体侵彻过载曲线,分析结果表明：着速、弹体长径比及弹体结构响应对侵彻过载均有很大影响,并得到一些定量结论,可为硬目标侵彻引信的设计及抗高过载加速度传感器的选择提供理论依据。     

陶瓷/金属复合板抗侵彻问题的数值模拟

利用LS—DYNA对长杆弹垂直侵彻陶瓷／金属复合板的过程进行了数值模拟分析。计算结果与已有的实验结果吻合较好。通过研究不同陶瓷厚度下弹体侵彻的剩余速度．得到了弹体剩余速度随陶瓷厚度变化的曲线。同时改变弹体头部的形状,得到了三种不同头部的弹体侵彻速度曲线和尾部位置变化曲线。最后根据不同组分的吸能形式,就动能和内能两部分分析了复合靶板的抗侵彻机理。     

杆式动能弹斜侵彻横向运动靶板影响因素的数值模拟

利用LS-DYNA3D有限元软件对钨合金长杆弹斜侵彻运动靶板进行了数值模拟研究,从长杆弹剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了动能弹体斜侵彻横向运动靶板的能力。从中得出了弹体的变化规律和靶板的物理图像,结果表明:长杆弹初速度及长细比、靶板运动方向及速度、靶板的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响。     

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。     

长杆弹超高速侵彻金属靶体的实验和模型分析

长杆动能弹体超高速侵彻金属靶板的终点效应是坦克、装甲车和舰船等装备防护设计和穿甲毁伤评估研究的重点。基于已有的大量长杆弹超高速(着靶速度达5.5 km/s)侵彻实验数据,详细讨论了弹体尺寸效应、长径比、弹靶材料和弹体头部形状等参数对长杆弹侵彻深度的影响。进一步结合4组不同弹靶材料的长杆弹侵彻实验数据,对比分析了已有4个长杆弹高速侵彻金属靶体经典理论模型的预测效果,给出了各模型的使用建议。得出的结论可供武器毁伤和金属装甲效能评估和设计参考。     

侵彻过程中弹载火工品过载特性数值模拟

通过分析弹体侵彻模型及弹载火工品应力波加载机理,揭示了弹载火工品应力波加载的加载状态,并运用LS-DYNA有限元软件对特定侵彻过载环境进行了仿真计算.研究结果表明:弹体过载结果与Forrestal经典试验模型吻合较好;弹体与火工品的过载规律趋于相近,可以通过弹体的过载情况来预测弹载火工品的过载情况.此项研究可为侵彻过载中弹载火工品抗高过载能力评价提供参考.     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

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。     

射弹冲击引爆裸装炸药临界条件研究

在国内外学者研究基础上分析了不同头部形状及不同材料射弹对裸装炸药的引爆判据，利用数值模拟计算得到了不同射弹材料、射弹头部形状对引爆状态的影响结果，进而提出了综合考虑射弹头部形状及材料密度的射弹冲击引爆炸药临界条件经验表达式。与已有试验结果相比较，该表达式能较好的描述棵装炸药在承受冲击条件下的起爆响应。     

强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究

为了揭示冲击压力对PZT-5H压电陶瓷电输出特性的影响,利用自行建立的聚偏氟乙烯冲击压力测试系统和压电陶瓷电输出性能测试系统,以一级轻气炮作为加载手段,开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击复合靶板（钢片-压电陶瓷-有机玻璃）的实验。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行弹靶碰撞的有限元分析,分析了不同速度下PZT-5H的冲击压力时程。根据实验系统建立了弹靶接触时应力波传播的简化模型,并通过模型计算出复合结构中PZT-5H压电陶瓷承受的冲击压力峰值。运用实验得到的冲击压力时程、压电陶瓷输出电压时程和储能电容充电电压时程,分析了不同峰值压力脉冲作用下PZT-5H压电陶瓷电输出特性的变化规律。研究结果表明：冲击压力峰值的计算结果与仿真结果、实验测量结果趋势吻合;冲击压力峰值在200~700 MPa范围内时,PZT-5H压电陶瓷输出电压峰值随着冲击应力峰值的增加而增大,且近似呈线性关系;在高速撞击PZT-5H压电陶瓷过程中动能与电能的能量转化效率较低,当储能电容量与PZT-5H压电陶瓷电容量比值为5.9∶1时,压电陶瓷的能量转化率为1.1%.     

穿甲弹异物阻滞膛炸机理数值仿真分析

以某穿甲弹近炮口处膛炸故障为背景,针对膛内存在异物时弹体和身管动态响应进行数值仿真,探讨膛炸机理并为故障分析与归零提供依据和参考。设定了两种典型异物阻滞形式：一是 异物阻滞造成弹体速度急剧下降或卡膛;二是弹体直接高速冲击膛内沙土类异物。采用有限元分析AUTODYN软件进行了多种不同工况数值计算,得到了弹体速度急剧下降时弹底燃气流场压力特征、身管变形与破裂形态,以及弹体高速冲击沙土类异物时结构动态响应、身管变形与破裂形态。研究结果表明：弹体膛内突然受阻和速度急剧下降,导致底部燃气中形成激波和局部高压区,局部高压区的存在可造成膛炸;弹体膛内近炮口处高速冲击沙土,身管受到复杂的强动载荷作用并可造成膛炸;数值仿真结果与实际故障情况相吻合并得到了故障复现试验的验证。     

弹体非正撞击/侵彻载荷响应的一种半经验分析方法

针对非正撞击/侵彻情况下的弹体结构动响应预示问题,将球形腔膨胀理论与经验方法结合,提出了一种弹体非正撞击/侵彻动载荷计算的半经验方法.基于本文半经验方法,沿终点弹道计算侵彻弹体的动载荷时间历程,进一步运用模态叠加法求解弹体结构动响应,对多个弹体算例的侵彻过载和应力进行预示并与数值仿真结果对比表明本文方法具有较强适应性,...     

蜂窝铝冲击波形数值计算及分析

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小; 提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升; 弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。     

冲压加速器冷态流场结构研究

为了获得冲压加速器内高速流场与弹丸周围激波结构的特性,采用高精度WENO计算格式求解二维可压欧拉方程,结合自适应网格加密技术(AMR)与沉浸边界法(IBM),数值模拟了冲压加速器冷态实验.结果表明,计算方法很好地描述了冲压加速器内部流场和激波结构,完整地呈现了弹丸周围激波的形成与发展过程及相关参数的变化情况,可以对冲压加速器冷态实验给予一定的指导与借鉴.     

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。     

泡沫金属子弹冲击下多孔金属夹芯板动力响应研究

采用实验和数值模拟方法研究了多孔金属子弹冲击下多孔金属固支夹芯方板的动力响应.考察了子弹冲量、面板厚度、芯层厚度及不同芯层类型对夹芯板抗冲击性能的影响.结果表明,通过增加面板厚度或芯层厚度均能有效控制夹芯板后面板的残余变形,改善其抗冲击能力.在给夹芯板增加相同质量的前提下,增加芯层厚度比增加面板厚度能获得更好的抗冲击效...     

玻璃纤维复合装甲抗侵彻性能数值模拟

为了研究玻璃纤维复合装甲在穿甲弹侵彻下的抗弹性能,根据某型坦克的首上装甲结构特点和其材料的抗弹特性,采用LS-DYNA数值仿真的方法,分析了不同着角下复合装甲的侵彻深度变化以及不同纤维层厚度下弹丸的速度变化、能量损失情况,发现玻璃纤维层厚度为16 mm时,该复合装甲抗弹效果最佳,着角大于20°则无法击穿复合靶板。拟合出侵彻深度随着角的变化曲线; 采用水平等效密度的方法计算出了该装甲的抗弹能力,得出了该装甲的抗弹性能相当于150均质装甲钢,可以为其他装甲结构的设计提供支撑。     

膛口初始流场对火药燃气射流的影响

身管武器发射弹丸时,初始流场对随后火药燃气射流的发展及弹丸的运动有较大的影响。为了分析初始流场对燃气射流结构以及弹丸运动的影响,基于有限体积法,采用分块网格划分的整体运动方法及Realizable k-ε湍流模型,耦合内弹道过程及六自由度方程,建立了含有初始流场和不含初始流场的两种二维轴对称膛口流场数值模拟模型。以300 mm平衡炮为例,研究了1730 m·s~(-1)发射速度下的膛口流场特性。结果表明,无初始流场时,火药燃气波阵面近似为球形,火药燃气无法追赶上弹丸。而在初始流场的干扰下,膛口喷射出的燃气速度提高约200 m·s~(-1),燃气追赶并包围弹丸,流场中最大压力降低一倍,温度提高1000 K以上,弹底压力降低约1.3 MPa。