卵形弹体超高速侵彻砂浆靶的响应特性

为研究砂浆靶目标在动能弹超高速撞击下的破坏响应,利用2级轻气炮开展卵形头部钢杆弹以1 200Symbol~A@2 400 m/s速度侵彻砂浆靶的实验。根据侵彻实验结果,分析得到：靶体开坑直径和开坑深度与撞击速度呈线性关系;随着撞击速度的增加,侵彻深度呈现先线性增加、后逆减、再缓慢增加的趋势,分别对应刚性侵彻、半破碎侵彻和破碎侵彻3种截然不同的侵彻机制。基于前述分析,以内摩擦理论为基础,结合弹体质量损失函数,推导得到刚性侵彻和半破碎侵彻深度计算公式,并与实验结果进行对比。结果表明：考虑弹体质量损失的侵彻深度计算模型理论计算结果与实验结果吻合较好,解释了超高速侵彻过程中侵彻深度逆减的特殊现象,揭示了砂浆靶中侵彻深度变化规律的内在机理。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

考虑侵蚀效应的卵形弹丸侵彻混凝土介质模型研究

建立同时考虑弹丸质量损失和头部钝化的迭代计算模型,在弹体和靶体参数已知的条件下可以预测侵彻深度、质量损失、头部形状变化以及过载等侵彻相关物理量。通过对侵彻实验数据的验证分析,提出了一种考虑混凝土骨料硬度与弹体材料硬度比值的侵蚀修正系数,修正后的模型对侵蚀的计算精度增加明显。在修正后的模型基础上,对常用的Forrestal经验阻力公式中的静态阻力项进行修正,新的静态阻力项更加精确地反映了有侵蚀效应的弹丸侵彻混凝土的静态阻力。实验和模型对比发现:骨料硬度和弹体硬度的比值与弹丸质量损失率呈线性关系。     

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究.利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证.结果表明:弹体入射角越...     

弹丸侵彻混凝土靶的数值模拟

在数值模拟弹丸侵彻混凝土时,由于混凝土动力学本构模型较多且复杂,使得材料模型及其相关参数的选取成为数值模拟侵彻的难点。鉴于这种情况,在分析对比了Ls-Dyna混凝土材料模型的基础上,给出了各种模型的适用领域,又重点对混凝土Johnson-Homquist模型进行了研究分析,利用灵敏度分析与试验反演修正确定模型参数,在降低试验成本的同时提高了侵彻结果的准确度,利用此方法确定模型参数,模拟了Forrestal的部分侵彻试验。结果表明,此方法简单有效,能够很好的预测侵彻结果。     

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。     

弹体高速侵彻超高性能混凝土靶机理

为研究弹体高速侵彻超高性能混凝土的现象和规律,对钢纤维体积分量为1.0％的C120超高性能混凝土和钢纤维体积分量为2.5％的C160超高性能混凝土开展准静态单轴压缩试验、劈裂抗拉试验和弹体高速侵彻试验.采用修正的美国国防研究委员会(NDRC)经验公式和量纲分析得到的经验公式,对侵彻超高性能混凝土试验中的弹体侵彻深度进行...     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的后效破片云实验研究

为研究爆炸成型弹丸（EFP）穿透钢靶后的后效威力,设计了长杆形EFP装置及对45号钢 靶板的侵彻实验。采用X光摄影方法观测EFP穿过靶板后的破片云形态及飞散特性;通过测量靶板后一定距离处验证板上的穿孔,得到靶板后破片数量。从拍摄的脉冲X光照片可以看出：EFP穿透钢靶后形成的破片云形状是截椭圆形,飞散角约50°. 从验证板上的穿孔可以看出：靶后破片可穿透10 mm铝板,破片穿孔分布相对随机,穿孔直径近似呈正态分布特征,破片飞散角与X光观测结果一致;随着靶板厚度增大,破片飞散角均为50°,但靶后破片数量呈先增大、后减小的趋势,即存在靶后破片数量最大化的靶板厚度。从回收到的破片可以看出：靶后碎片由EFP和钢靶碎片共同构成。     

串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹的数值模拟

利用移动载荷自定义程序的弹-靶分离方法,并结合Forrestal半经验靶体阻力函数,开展了串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹数值模拟。在实验验证计算模型及自定义程序可靠的基础上,研究弹-靶轴偏置、倾角、攻角等对串联随进弹侵彻弹道轨迹的影响规律。研究结果表明：弹-靶 轴偏置、倾角、攻角等因素对弹体的弹道轨迹及侵彻深度影响显著;预开孔孔道具有一定的引导侵彻作用;在弹-靶轴偏置、倾角及攻角的共同影响下,随进弹侵彻预开孔靶存在着跳飞可能。     

卵形弹丸垂直侵彻钢筋混凝土靶的工程解析模型

为了研究钢筋混凝土中钢筋对侵彻弹丸的阻力作用,通过对试验取出的钢筋混凝土试块的宏观和微观分析,在球形空腔膨胀模型的基础上,考虑弹丸直接与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的阻力,建立了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。分析弹丸在钢筋交汇节点、钢筋网格中心点、单根钢筋的中点以及其他任意位置点与钢筋接触情况下钢筋对侵彻的影响。研究表明,钢筋混凝土中的钢筋不仅对混凝土的强度有影响,在弹丸撞击到钢筋时还对弹丸的侵彻能力有减小的作用。在网眼尺寸一定的条件下,随着体积配筋率的增大,钢筋对弹丸的阻力作用越明显,但在相同体积配筋率下,钢筋直径的影响小于钢筋网层间距的影响。     

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。     

斜侵彻薄靶板过程中弹体偏转的姿态修正方法

弹体斜侵彻靶板后姿态发生偏转,是常规武器侵彻类战斗部研制过程中必须面临和解决的问题,而弹体发生偏转的影响因素很多.在准定常条件下,通过分析弹体侵彻薄靶板时受到的作用力及其偏转角加速度,明确偏转力和偏转力矩的来源和方向.针对不同靶体材质,比较金属靶和混凝土靶侵彻过程中弹体偏转角加速度的异同,结果表明通过调整质心位置和改变弹尾形状能修正弹体过靶姿态.采用数值模拟方法验证了上述结论,该结论可为侵彻弹体的设计和外形优化及提高侵彻弹道的稳定性提供参考.     

截锥形弹体侵彻薄靶板实验研究

运用25mm口径火炮,开展了截锥形弹体撞击薄靶板的正穿甲和45°斜穿甲实验.在不同撞击速度下的正侵彻时,靶板表现出相似的变形破坏特征,而在45°斜穿甲时,高速与低速时分别表现出不同的失效模式,弹体也表现出不同的运动特征.     

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。     

球形含能结构材料弹体超高速撞击多层薄钢靶的毁伤特性

为研究含能结构材料对多层薄钢靶的超高速毁伤特性,利用二级轻气炮开展了PTFE/Al基和Al基全金属两种含能结构材料超高速撞击多层钢靶的典型毁伤模式研究,得到了材料类型和侵彻速度对毁伤效应的影响。研究结果表明,相比于惰性金属材料,两种含能结构材料对多层薄钢靶均具有明显的靶后横向毁伤增强效应,能够对第二层靶板产生大破孔的毁伤效果,破孔孔径可达弹径的4倍以上。基于AUTODYN数值仿真软件开展了含能结构材料参数有效性验证和含能弹体不同侵彻速度下毁伤效果的数值仿真,结果显示J-C强度模型联合Lee-Tarver三项式点火反应模型和J-C强度模型联合Shock状态方程分别能够较好地描述PTFE/Al基和Al基全金属含能结构材料对多层薄钢靶的破孔毁伤特性。此外,材料释能机制的差异使得提高侵彻速度对提升PTFE/Al基含能结构材料的毁伤效果的作用有限,但能够明显提升Al基全金属含能结构材料对多层钢靶板的毁伤效果。     

有攻角动能弹垂直侵彻混凝土靶板特性研究

为弄清有攻角动能弹垂直侵彻混凝土靶板的特性,利用非线性动力分析软件LS-DYNA3D,对混凝土靶板与弹体分别选用HJC与Johnson-Cook材料模型,就垂直侵彻情况下攻角对侵彻的影响进行了一系列数值模拟。详细描述了有攻角动能弹侵彻靶板的基本现象,指出了攻角不同时弹头的四类侵彻路径,给出了有、无攻角时竖直方向加速度变化规律,分析了攻角对侵彻深度的影响,比较了不同弹速条件下攻角对侵彻的影响程度。     

新型头形弹体对混凝土的侵彻效能苘

针对一种带小圆柱体头形的新型弹体结构,将数值模拟和侵彻试验相结合,研究了不同头形参数的新型头形弹体在不同侵彻速度条件下对9 MPa和28.4 MPa 2种混凝土靶的侵彻机理和侵彻效能.研究结果初步表明,新型头形弹体侵彻混凝土不会出现开孔扩大效应,头部小圆柱先期侵彻,有利于弱化弹体侵彻路径周围介质的强度.初步判断,新型头形弹体在一定头形结构参数条件下的侵彻性能优于常规卵形头形弹体.     

柱形弹侵彻靶板剩余速度的有限元分析

为深入研究弹丸侵彻靶板后的剩余速度以提高战伤仿真精度,采用正交试验设计方法和有限元软件LS-DYNA,进行了不同弹速、靶厚、攻角等条件下柱形弹侵彻低碳钢靶板的仿真试验;通过试验条件参数与结果数据的方差分析,得出了各相关因素对剩余速度影响作用的主次顺序;利用试验数据,对THOR方程进行了修正,提出了相应公式。     

钢板侵彻过载的三维数值模拟

利用LS—DYNA有限元程序，用弹塑性模型建立材料模型，对高速弹丸侵彻均质钢板问题进行了数值模拟，并与测试结果进行了比较，说明了有限元分析的有效性，为引信设计提供参考。