典型泡沫铝夹芯材料的枪弹侵彻仿真与实验

为考察枪弹打击下三明治型泡沫铝夹芯材料的防护性能,采用仿真分析与实弹打击试验相结合的方法,研究7.62 mm枪弹对不同面板配置泡沫铝夹芯材料的打击效果.结果表明:增加泡沫铝芯层后,金属层合材料的抗侵彻性能有大幅提升;入射、出射面板总厚度一致情况下,增大入射面板厚度能改善材料整体抗侵彻能力;入射和出射面板为Q235钢且芯层为均质泡沫铝时,在面板总厚度8 mm、芯层厚50 mm的结构配置下能够有效防护以735 m/s速度入射的7.62 mm步枪弹.该研究可为泡沫铝夹芯材料在军用装备抗弹防护中的应用提供参考.     

泡沫铝夹芯拱塑性动力响应的实验研究

应用泡沫金属弹撞击加载的方式研究了固支泡沫铝夹芯拱的塑性动力行为.对夹芯拱的变形与失效模式进行了系统的分类和分析,并考察了发射弹的动量、面板厚度、泡沫芯层厚度及曲率半径对其抗撞击性能的影响.夹芯拱的变形与失效模式可分为3种形式:前面板在作用区域的压入失效和整体的大变形、芯层的压缩失效和剪切失效以及后面板的非线性大变形....     

爆炸载荷下泡沫铝夹芯板变形与破坏模式的实验研究

系统地开展了爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板变形与破坏的实验研究,获得了冲量45.6 N·s、 76.2 N·s、104.6 N·s、131.7 N·s、183.6 N·s 5种不同爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度,给出了泡沫铝夹芯板前面板、泡沫铝芯体和背面板在不同爆炸载荷作用下的变形与破坏模式,分析了泡沫铝芯体产生的剪切断裂和拉伸断裂两种不同机理。研究结果表明,泡沫铝芯体呈现“渐进式”压缩变形,泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度与爆炸冲量之间近似满足二次关系。     

超短钢纤维混凝土抗侵彻性能的实验研究

开展了半球头杆弹侵彻纤维体积含量分别为0、3%和6%的钢纤维增强混凝土靶板的实验研究,测得了侵彻弹的初始速度和剩余速度,观测和分析了靶板的破坏形态.实验结果表明,随着钢纤维体积含量的增加,杆弹的速度消耗加大,靶板的吸能增加,靶板的破坏程度减弱;超短铜纤维能明显增强混凝土材料的抗侵彻性能,随纤维含量的提高增强效果更佳.     

平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理研究

为研究平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理,开展了一系列弹道试验。对比分析了不同初始速度下的弹体变形以及靶板破坏模式。采用非线性有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件,对弹靶作用过程进行了数值模拟。根据试验结果确定了碟形区最终变形挠度的拟合函数,在此基础上对弹体和靶板的塑性变形能进行了理论分析,同时利用能量守恒原理建立了平头弹低速侵彻薄钢板的剩余速度计算模型。结果表明：平头弹低速侵彻下会发生一定程度的墩粗变形;平头弹低速侵彻下靶材主要为拉伸与剪切混合失效,靶板相应的失效模式为带有碟形变形的拉伸与剪切混合失效模式;弹体剩余速度的理论模型与试验结果吻合较好,有效地验证了该理论模型的适用性。     

12.7mm穿燃弹侵彻603装甲钢行为研究

通过弹道枪开展12.7 mm穿燃弹以不同速度垂直侵彻603装甲钢半无限厚靶板的弹道试验，并结合数值仿真计算对侵彻深度、侵彻阻力等进行研究。结果表明：侵彻过程中弹芯为主要侵彻元，表现为刚性侵彻，背甲对侵彻深度的影响可忽略。不同着靶速度的弹芯侵彻阻力随位移的变化规律基本一致，可分为弹芯飞行摩擦阻力阶段、弹芯头部进入靶板阶段、弹芯头部完全进入靶板阶段。通过刚性弹侵彻半无限厚靶板，结合空腔膨胀理论模型对尖卵形弹头进行等效简化，建立了尖卵形刚性弹芯侵彻深度预测公式。根据量纲分析拟合得到了无量纲侵彻深度和无量纲动能的关系式。     

多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻试验及数值模拟

为研究结构形式及泡沫铝夹芯对多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻性能的影响,根据DOP试验方法,利用14. 5 mm穿甲弹对4种不同结构多层异质陶瓷复合靶板进行侵彻试验研究,通过数值仿真对4种结构靶板抗侵彻性能进行模拟,验证模型的正确性,并分析泡沫铝厚度对复合装甲结构抗侵彻性能的影响。结果表明:10 mm陶瓷+10 mm芳纶+6 mm 616装甲钢的防护性能最优,泡沫铝夹芯结构有助于减小陶瓷板损伤面积,提升抗多次打击能力;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;泡沫铝厚度对靶板防护性能影响显著。     

锥角对锥头弹侵彻2A12铝板影响效果的数值研究

为研究锥角对弹体侵彻能力的影响效果,利用ABAQUS软件建立6种硬38CrSi钢锥形头弹撞击2A12铝合金薄靶的仿真模型,获得各个锥角下锥头弹的弹道极限和速度变化曲线,并对弹头锥角与靶体能量分布和失效模式的相互关系进行分析。仿真结果表明:弹头锥角会影响弹体的侵彻性能,随着锥角的增加,弹体的弹道极限先减小后增加,而摩擦所消耗的弹体动能则不断减少。对撞击后的靶体损伤情况进行分析发现,当锥角较小时,靶体失效模式主要表现为花瓣开裂,锥角较大时靶体则表现为花瓣开裂和冲塞的混合失效。     

弹丸在高速侵彻过程中能量消耗的影响因素分析

针对实际弹靶试验中存在的靶板不规则和固定方式对试验结果的不确定影响,采用数值仿真的方式对靶板在不同的边界条件和不同几何尺寸下的弹丸耗能做了对比研究。将500 mm×500 mm×25 mm靶板四周完全固定作为基准,通过改变靶板几何尺寸和四周的固定方式,研究在入射条件不变时弹丸出靶速度和弹丸动能消耗的变化,得到的结果显示,平头弹侵彻过程中的耗能较球头弹和锥头弹更多,但靶板面积的变化对耗能比的影响不大,依仿真结果对相关试验方式给出了具体建议。     

仿真预测泡沫铝弹道极限和弹丸侵彻冲击力

为考察泡沫铝在弹道冲击下的临界破坏,应用数值仿真方法分析预测平头弹侵彻泡沫铝的弹道极限速度以及弹丸冲击力大小.泡沫铝采用 LS-DYNA的 Mat26模型,输入参数基于材料力学测试,解算过程应用抑制"负体积"算法.对于研究设定的泡沫铝,其弹道极限速度为 59.7 m/s.研究结果表明:在侵彻初始阶段,平头弹冲击力最大;中后段冲击力均匀变小.侵彻初始泡沫铝破坏以压剪为主;侵彻后段当冲塞体被压实到一定程度,破坏以拉伸断裂为主.该研究有助于优化试验设计和理论分析.     

弹头形状对高速侵彻效应的影响

对60 mm口径的尖卵型和双弧线型弹体进行高速侵彻素混凝土靶试验,弹体撞击速度为800～1 400 m/s。试验结果表明,在所研究的速度范围内,弹体侵彻深度随着靶速度呈线性增加的趋势,弹体质量侵蚀小于5%,可近似认为刚性弹侵彻。在空腔膨胀理论基础上,通过建立尖卵型和双弧线型弹头部形状函数,分析了2种不同弹头形状弹体的受力情况,建立了阻力模型,数值求解了弹体的侵彻深度。理论计算结果与试验结果吻合较好,分析结果表明,弹体质量、着靶速度、靶体一致的条件下,双弧线型弹体的侵彻能力比尖卵型高约9%。     

混凝土靶中侵彻深度的相似性研究

引入弹头性能参数,采用量纲分析方法,对射弹侵彻混凝土靶的深度进行了分析,得到了无量纲侵彻深度与无量纲侵彻初始速度基本成线性的关系.另一方面,利用轻气炮对素混凝土靶和钢纤维混凝土靶进行了侵彻试验,测量了射弹的击靶速度和侵彻深度.试验结果表明,不同弹头形状射弹侵彻素混凝土靶和钢纤维混凝土靶的无量纲侵彻深度与无量纲速度近似成线性关系.     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

不同头部形状弹体侵彻混凝土的试验研究

为研究弹体头部形状对侵彻性能的影响,对不同弹头部形状的弹体侵彻混泥土进行试验研究。设计平头型和卵形型2种不同类型的头部结构,基于DOP(depth of penetration)方法进行试验对比分析。结果表明：卵形结构弹体具有更好的侵彻性能,其稳定侵彻弹洞平直、弹道稳定、弹体结构抗弯刚度良好,卵形弹体头部越尖,侵彻性能越好。该研究可为弹体结构设计提供一定帮助。     

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究。基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性。在此基础上,分析特征点的速度与加速度响应以及能量吸收特性,获得结构的毁伤响应特征,进一步探讨面板厚度配置对结构失效模式和塑性变形的影响。结果表明：夹芯复合结构加速度时程曲线中破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值,分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起;上面板和泡沫铝在复合结构整体塑性耗散功中占主导;等质量条件下,上下面板等厚的配置在上面板对于破片的速度衰减能力减弱不大情况下,下面板具有足够强的抗弯能力,使得下面板塑性变形最小,具有最优的抗联合毁伤性能。     

尖头刚性钨弹贯穿铝合金靶的数值模拟分析

对具有圆锥形头部的刚性杆式钨弹侵彻和贯穿薄铝靶板进行了有限元数值模拟分析。弹和靶采用两种尺寸:第一种尺寸与实验的弹和靶尺寸相同;第二种尺寸考虑了弹头部锥角的微小变化对其贯穿靶的影响。同时,计及了弹和靶之间的摩擦效应。通过数值模拟,获得了弹体贯穿靶后剩余速度、弹的速度时程曲线和弹头部锥角的变化对其贯穿靶威力的影响。计算结果表明,在同样条件下,弹贯穿靶后剩余速度与已有的结果相吻合,说明本文计算模型是有效和精确的。弹和靶之间的摩擦将降低弹的剩余速度。并且,弹的锥角变小,其侵彻、贯穿靶的威力将有所提高。     

TC复合弹对多层A3钢靶穿甲效应的试验与仿真

为提高弹丸的侵彻威力,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,对2种不同结构弹丸侵彻多层A3钢靶的试验结果进行分析研究。运用冲击动力学理论公式,计算TC复合弹和制式弹在冲击接触钢板瞬间的冲击压力并进行对比。重点分析对比弹头结构、材料对多层A3钢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钢板的侵彻深度、孔径,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对侵彻过程进行模拟仿真,并与试验结果对比。结合数值模拟的结果,分别从余速和弹芯剩余质量上进一步分析TC复合弹的侵彻能力。结果表明,TC弹头对弹芯的保护效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供了依据。     

弹丸头部形状和长径比对侵彻过程的影响研究

为了研究弹丸材料强度远大于靶板材料时,弹丸的头部形状和长径比对侵彻效果的影响.利用LS-DYNA对三种不同头部形状和不同长径比的弹丸侵彻薄板和半无限厚靶板进行数值模拟,分析弹丸头部形状和长径比对侵彻效果的影响.结果表明:圆锥形头部的弹丸在侵彻薄板时能够获得更大的弹坑,并具有更强的侵彻能力,半球形头部的弹丸则在侵彻半无限厚靶板时具有更大的侵彻深度,而长径比较大的弹丸虽然具有较强的穿透能力,但随着长径比的增大,它对侵彻效果的影响逐渐减弱.     

破片形状对复合靶抗侵彻性能影响的实验研究

采用系列弹道实验,研究了双层钢/铝爆炸复合靶在不同形状破片侵彻作用下的毁伤机理和抗侵彻性能。实验采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形破片和边长4.2 mm的钢质立方体破片。基于实验结果,分析了不同形状破片侵彻下靶板的毁伤机理和破坏模式,讨论了破片形状、动能及靶板厚度分布等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形破片和立方体破片的侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;复合靶板抗立方体破片侵彻性能优于抗球形破片侵彻性能;在球形破片的侵彻作用下,当靶板厚度一定时,复合靶板的抗侵彻性能随钢面板与铝背板厚度比的增大而提高,对于立方体破片则相反。