动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究

结合试验对钨合金长杆弹垂直侵彻多层陶瓷靶板进行了三维数值模拟,得出了侵彻的物理图像及各种参量的变化规律.模拟结果中,后置钢靶剩余穿深和陶瓷破碎锥形状与试验基本一致.对于多层陶瓷靶板,每一层都会有漏斗形的破碎锥出现,且这些破碎锥的形状基本一致.随着陶瓷层数的增多,弹体的速度和动能下降速率逐渐变小.比较了相同厚度的多层和单层陶瓷靶板的抗弹性能,结果表明两者的陶瓷破坏形式不同,多层靶板的抗弹性能要优于相同厚度的单层陶瓷靶板,且仅在一定厚度范围内这种优势才较为明显.     

钨铜粉末药型罩射孔弹对钢靶侵彻的数值模拟

利用Ansys/Ls-Dyna软件对钨铜粉末药型罩射孔弹侵彻钢靶过程进行了数值模拟。运用混合物的叠加原理对钨铜混合材料的状态方程参数进行了计算,得到钨铜(20W80Cu)粉末药型罩的参数。采用多物质ALE算法,模拟了钨铜药型罩射流的形成及侵彻钢靶的过程,模拟89型号射孔弹作用45#钢靶,穿深为153mm,孔径为9.6mm,并与实际情况对比,数值模拟结果与实验结果差别在5%以内。     

射孔弹聚能射流侵彻钢靶的数值仿真与实验分析

应用ANSYS/LS-DYNA3D显式非线性有限元软件,采用ALE多物质算法对某型石油射孔弹装药结构下聚能射流形成、侵彻钢靶过程进行了数值模拟及分析,并与实验数据作了对比。结果表明,数值仿真与实验结果均值间的穿深误差为8.31%,孔径误差为15.16%,这完全满足设计需要,为今后数值计算在射孔弹装药结构优化设计方面的应用提供了参考依据。     

结构参数对截锥弹低速正侵彻装甲靶的影响

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对截锥形动能弹低速正侵彻装甲靶作用行为进行了分析,获得了弹头锥角、前级半径和着靶速度对侵彻性能的影响特性,并对目前常用的侵彻理论模型进行了验证。数值模拟结果表明,弹头锥角和前级半径是影响截锥形动能弹侵彻性能的重要因素;着靶速度对侵彻深度和侵彻过载有显著影响,对弹体变形也有一定影响。实验结果与数值模拟结果吻合较好,而侵彻理论模型与实验结果有较大差别,侵彻模型并不适合分析存在一定变形的弹靶侵彻问题。     

长杆弹对金属靶板侵彻的有限元数值模拟

本文针对长杆对金属靶板的贯穿过程进行了二维数值模拟,给出并讨论了侵彻过程中的主要物理图象。计算结果指出,剩余弹重和残余速度与实验测量结果基本一致。另外,还集中讨论了滑移面和滑移面再定义技术中的一些数值方法问题。     

尖头弹侵彻延性金属靶板弹道极限的解析模型

现有的尖头弹侵彻金属靶板的弹道极限计算模型往往需要大量的试验数据和靶板材料的动态性能参数,且没有考虑侵彻速度对侵彻效果的影响,这给工程应用带来了很大的不便和误差。基于这一问题,考虑速度效应和靶板材料参数对侵彻的影响,结合流体动力学原理与动态空穴膨胀理论,分别提出了双模式和单模式侵彻模型。双模式侵彻模型的侵彻过程可分为两个阶段：流体动力变形阶段和塑性变形阶段,当侵彻速度小于靶材产生流体动力变形的临界速度时,侵彻进入塑性变形阶段,根据功能原理,建立了计算弹道极限的解析模型;单模式侵彻模型仅考虑塑性变形阶段。解析模型计算的弹道极限与弹道试验结果吻合的较好,且模型中不涉及弹道试验数据和靶板材料的动态性能参数,易于迅速求解,便于工程应用,可用于对延性金属靶板抗尖头弹侵彻能力的评估。     

破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究，采用MSC．Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析，并将分析结果与实验结果进行了比较．分析结果表明，破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段．有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性，在靶板破口的正面，与弹体平面凸缘两端接触的部分，变形以剪切为主，而与切削面接触的部分，以挤压变形为主；靶板破口背面为剪切冲塞破坏；有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好，弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化．有限元分析结果还表明，采用适当的模型，有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式．     

Q235钢单层板对平头刚性弹抗穿甲特性研究

采用撞击实验和理论模型对单层金属板的抗侵彻性能进行了研究,分析了靶体厚度对抗侵彻性能的影响。通过对比撞击实验和理论模型计算结果,验证了理论模型和参数的有效性。结果表明,采用合适的理论模型能够有效地预测靶板在弹体撞击下的弹道极限。此外,分析了靶体在弹体撞击下的塑性变形总耗能,包括靶板局部变形和整体变形的耗能,同时考虑了靶体材料的应变率效应。在平头弹撞击厚靶的工况中,引入了一个修正函数对靶体厚度进行修正。     

正六边形钢管约束混凝土靶抗侵彻机理的数值模拟

钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能优于无约束混凝土靶。为了揭示钢管形状对抗侵彻机理的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,采用有限元-光滑粒子法,对比分析了正六边形和圆形钢管约束混凝土靶的侵彻过程和约束机理。结果表明:钢管对混凝土的约束效应可以分为应力波效应和弹丸扩孔阶段限制混凝土径向位移效应,且以后者为主;钢管形状对靶中应力和钢管变形均有影响。弹丸中心入射时,圆形钢管受径向均匀压力作用,应力沿圆周近似均匀分布,钢管壁处于简单面内拉伸状态;六边形钢管壁受不均匀内压作用,钢管壁产生面内拉伸变形和面外弯曲变形,角部向内弯曲变形增加了对混凝土的约束作用,并在对角线附近形成了高压力区,从而增大了侵彻阻力,提高了抗侵彻性能。     

侵彻单层靶时着靶姿态对装药损伤的影响规律研究

为研究着靶姿态对高速侵彻弹装药损伤的影响,依据实际战斗部的结构尺寸设计了小尺寸模型试验弹,在125 mm口径的滑膛炮发射平台上开展了试验弹以不同攻角斜侵彻单层钢靶试验。通过理论计算得到着靶姿态对侵彻过程能量损失的影响。利用CT扫描无损检测技术观测不同着靶姿态下试验弹内部的损伤情况。运用LS-DYNA对试验弹侵彻钢靶过程中装药的力学响应过程进行模拟计算。结果表明:在斜侵彻单层钢靶的过程中,着角一定时,能量损耗与攻角呈指数关系;试验弹的倾角越大,装药尾部受到的应力波拉伸压缩反复作用越明显,装药在侵彻过程中长度变化越大,更易出现深度裂纹、塌边等损伤;壳体外形变化会引起装药受到的压缩应力阻碍微裂纹的扩展和滑移,减少宏观损伤的出现。     

卵形弹侵彻混凝土靶的耦合侵蚀模型

弹体在高速侵彻混凝土介质过程中会出现明显的侵蚀现象,导致弹体发生质量损失和弹头钝化。据已有的实验观察,弹体表面熔化和骨料切削是侵蚀发生的主要机制。该文基于动态空腔膨胀理论并结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制,提出一种耦合两种机制的耦合质量侵蚀模型。该模型通过二维热传导和改进的Rabinowizc磨损理论分别获取弹体表面熔化和骨料对弹体切削而造成的弹体质量损失,通过Johnson-Cook本构将温度和切削两种机制联系起来,进而建立了结合熔化机制和切削机制的耦合质量侵蚀模型。将耦合模型预测的弹体侵彻深度和质量损失率等参数并与实验结果进行对比,对比结果表明模型的理论预测与实验数据有较好的吻合度,验证了该文耦合模型结合熔化和切削机制的合理性。最后,讨论了侵彻过程中弹体的相关运动参数演变过程,为弹体侵彻中侵蚀现象问题的研究提供一定参考。     

小口径火炮侵彻钢靶模拟实验研究及有限元分析

对小口径火炮侵彻钢靶问题，分别进行了实验和有限元分析，并将所得结果进行了比较；分析了小口径火炮侵彻钢靶的侵彻过程，得到了带空腔弹丸高速垂直侵彻钢板的典型破坏模式．     

基于A-T模型的长杆弹超高速侵彻陶瓷靶体强度分析

Alekseevskii-Tate(A-T)模型广泛应用于长杆弹超高速冲击的终点效应分析中。A-T模型对于金属弹靶强度有明确的表达式,而对于陶瓷靶体强度尤其是弹体初始冲击速度大于1 500 m/s时还没有统一的结论。基于长杆钨弹超高速(1 500~5 000 m/s)侵彻三种陶瓷(Al N,B4C,Si C)/铝复合靶体的缩比逆弹道实验数据;基于A-T模型,给出了上述陶瓷材料在不同侵彻速度范围内的靶体强度表达式。进一步通过与47发长杆钨弹超高速(1 250~2 500 m/s)侵彻陶瓷(Al N,B4C,Si C,AD85)/RHA钢复合靶体DOP实验数据对比,验证了提出的陶瓷靶体强度表达式的适用性。     

长杆弹超高速侵彻半无限靶理论模型的对比分析与讨论

分别基于六组典型长杆弹超高速侵彻金属靶体以及三组长杆弹侵蚀侵彻混凝土靶体的实验数据,对经典一维AT模型及其五个改进模型对弹体侵彻深度的预测能力进行了评估,并讨论了靶体等效强度(Rt)变化以及弹体的轴线速度变化。计算结果表明,对于长杆弹高速侵彻金属靶体的分析计算,应首选AW模型,其次为LW模型。而对于混凝土靶体,已有有限的实验数据表明,上述六个模型对于长杆弹侵蚀侵彻混凝土靶体侵彻深度预测均不适用,其主要原因在于Rt不能反映超高速侵彻下混凝土靶体的响应。最后基于分析结果,给出了长杆弹侵蚀侵彻混凝土靶体进一步的研究方向。     

刚性弹侵彻有限直径金属厚靶的机理与模型研究

采用统一强度理论,考虑靶板中间主应力效应和靶体侧面自由边界的影响,得到线性硬化靶材在弹塑性阶段和塑性阶段的空腔壁径向应力的表达式,建立线性硬化靶材的统一侵彻模型,求出中低速(v0≤1000?m/s)刚性弹体侵彻有限直径金属厚靶时侵彻阻力、侵彻深度计算公式,并利用Simpson算法对其进行求解,分析了包括强度准则差异在内...     

高速钝头弹侵彻中厚金属靶板的机理研究

根据侵彻过程中的不同受力状态,将高速钝头弹对中厚金属靶板的侵彻过程划分为简单压缩阶段、压缩剪切阶段和绝热剪切阶段,每个侵彻阶段都呈现出不同的吸能模式。基于三阶段侵彻机理,建立了钝头弹侵彻中厚金属靶板的弹道极限和剩余速度计算模型;利用侵彻模型计算了3.3g立方体和9.7g圆柱体侵彻4mm、6mm和10mm船用钢的剩余速度,计算值与试验值有较好的吻合。三阶段侵彻模型考虑了试验中出现的发热、发光等现象的吸能,并对金属靶板的抗弹能力和钝头弹的侵彻能力进行了预测,可以降低试验成本,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

高速长杆弹对陶瓷装甲侵彻的数值模拟

利用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA3D,建立了高速钨质长杆弹对多层陶瓷装甲侵彻的有限元分析模型,描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象,对进一步研究陶瓷装甲防护及弹体侵彻性能具有一定的参考价值。     

高速长杆弹对有限直径金属厚靶的侵彻分析EI北大核心CSCD

采用基于统一强度理论的有限柱形空腔膨胀理论,结合Tate磨蚀杆模型,考虑中间主应力、靶体侧面自由边界的影响及高速(1500 m/s~2200 m/s)侵彻弹体的变形和消蚀现象,推导线性硬化有限直径金属厚靶在长杆弹高速侵彻时的空腔壁径向应力,建立侵彻阻力和侵彻深度计算模型,并利用MATLAB软件编程求解,分析包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对不同靶弹半径比的靶材侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度和靶体半径对有限直径金属靶体的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻阻力可减小33.33%,侵彻深度可增加15.93%;当靶弹半径比小于等于20时,侵彻深度增大的程度显著,当靶弹半径比由19.88减小至4.9时,侵彻阻力减小了41.30%,侵彻深度增长了32.61%,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。