药型罩锥角和壁厚对聚能射流速度影响的分析

本文采用数值模拟方法,对药型罩结构进行优化设计,建立了金属射流形成过程计算模型,采用自适应网格技术,计算分析了不同锥角和壁厚对聚能装药射流速度的影响. 设计了射流穿靶实验,采用靶网测速法测量了金属射流的速度,通过观察金属射流形成的杵体及侵彻靶板的孔径,获得了金属射流的直径. 结果表明设计的聚能装药射流在炸高40 mm处的平均速度为7800 m/s,射流直径为7.55 mm左右.     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

新型活性复合射流成型及侵彻混凝土研究

为了兼顾活性复合射流对目标的侵爆联合毁伤效应,提出了一种新型活性复合药型罩聚能装药结构.采用正交设计方法,基于Autodyn-2D数值模拟平台对新型活性复合罩聚能装药结构进行了优化设计,获得了复合罩总壁厚、内罩口径比、内罩壁厚比、复合罩锥角及炸高对新结构聚能装药作用混凝土的侵彻深度、开孔直径、活性材料流入量与平均流入深度的影响规律,优化出了一组新型活性复合罩结构,并开展了新结构聚能装药作用混凝土靶的静爆实验,实验结果与仿真计算的侵深基本吻合.此外,实验结果还表明：在这种新结构活性复合射流侵爆联合作用下,可使混凝土表面形成较大崩落区,且形成的入孔孔径与仿真结果相比明显较大,这些现象表明活性材料发生了剧烈爆燃效应,可造成二次扩孔效应.     

新型聚能装药爆炸成型杆式射流数值模拟及试验研究

为解决杆式射流炸药能量利用率低、速度小等缺点,提出了一种新型高速杆式聚能装药结构,基于Autodyn软件分析了高速杆式射流的形成过程,给出了药型罩及附加装置截顶高度对杆式射流成型的影响,优化出了射流速度高、速度梯度小的杆式聚能装药结构并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用的计算方法、材料模型及相关参数是合理的,验证了数值模拟的正确性,对进一步优化高速杆式射流设计具有一定的借鉴意义.      

铝药型罩环形聚能射流的数值模拟

基于一种药型罩材料为铝的环形聚能装药结构,通过Autodyn软件模拟不同起爆方式（起爆环直径D₁）和不同长径比（L/D）的装药,计算得到环形射流的成型过程和速度分布曲线.分析数值模拟结果发现:环形射流成型过程主要受长径比影响,长径比较小时射流发生内偏,长径比较大时射流发生外偏;射流轴向速度主要受长径比影响,长径比越大轴向速度越大,头部轴向速度最大相差约700 m/s;射流径向速度主要受起爆方式影响,平均径向速度最大相差为220 m/s,起爆环直径和长径比在较小或较大时,射流径向速度梯度较大;结合射流成型和速度结果,D₁=0.5D、L/D=1.0时射流综合性能较好.侵彻混凝土板试验的通孔直径为装药直径的2.6倍,数值模拟结果与试验结果误差为7.7%,验证了计算模型及算法的合理性.      

钨合金药型罩材料的大破孔聚能战斗部研究

为得到大尺寸破甲孔径,提出了采用钨合金作为药型罩材料的大破孔聚能战斗部设计方案. 以聚能装药射流成形及侵彻理论为基础,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究钨合金药型罩结构参数、材料组分及加工工艺对靶板的大孔径破甲的影响. 结果表明,采用粉末型钨合金为药型罩材料的聚能战斗部,在保证具有相同或略大的破甲深度的同时明显增大了破甲孔径.     

三种聚能装药结构形成射流的对比分析

为了对比不同聚能装药结构形成射流的特性,应用改进的PER理论模型,结合Autodyn有限元软件,理论和数值模拟研究了单锥罩、带隔板单锥罩和带隔板偏心亚半球罩三种装药结构的射流成型过程。计算了药型罩绝对压垮速度、绝对偏转角、压垮角、射流速度、射流质量等成型参数,获得了三种装药结构形成射流的形状。结果表明,带隔板偏心亚半球罩形成射流效果最佳,其质量堆积点位置降低了约20%,射流质量占药型罩质量提高了12.2%。数值模拟与理论计算结果吻合较好,研究结果为聚能装药战斗部的设计提供参考。     

起爆方式对聚能射流性能影响的数值分析

应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对聚能装药在点起爆、面起爆、正向环形起爆和逆向环形起爆等不同起爆方式下的射流形成过程进行了三维数值模拟.计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响;不同的起爆方式在装药中产生不同的爆轰波形,当爆轰波波形与药型罩外表面越接近时,罩微元的压垮速度越高,导致射流头部速度越高;环形起爆形成的射流头部速度高于面起爆的,面起爆高于点起爆的,并且随着起爆直径的增大,面起爆与环形起爆所形成的射流头部速度逐渐增大.     

药型罩对聚能射流速度影响的数值模拟分析

为了研究药型罩对聚能射流破甲威力的影响,利用LS-DYNA动力有限元计算程序对聚能射流形成过程进行了数值模拟.在此基础上着重应用数值模拟方法分析了药型罩锥角、药型罩壁厚、药型罩形状对聚能射流速度的影响,得到了射流速度与药型罩的关系,射流速度随药型罩锥角的减小而增加,随药型罩壁厚的增加而降低,喇叭形罩比圆锥罩速度大.从而为聚能射流药型罩的设计提供参考.     

不同材料模型的药型罩对仿真结果的影响

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较.在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真.对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小.     

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.     

环型聚能药型罩的设计新方法与实验

针对轴向侵彻的环形聚能战斗部药型罩内外壁非对称质量的情况,提出了环型药型罩设计的新思路,即内外壁在压跨碰撞点保持等动量原则,建立环形聚能药型罩的质量补偿设计方法. 对内外变壁厚和单壁等厚2种类型的环型药型罩进行了设计计算和侵彻实验,分析比较了两种结构药型罩的侵彻效果. 结果表明,采用该方法设计的药型罩侵彻效果有明显改善.     

变壁厚双层药型罩形成复合射流的仿真研究

利用LS-DYNA有限元分析软件,研究典型聚能装药射流与杵体对应初始药型罩的材料分配关系,并依据该分配关系设计了一种新型变壁厚双层药型罩。数值模拟和试验结果表明:利用有效射流与药型罩材料分配关系设计的新型变壁厚铜铝双层药型罩与等壁厚单铜罩形成的射流形态基本相似,但新型变壁厚铜铝双层药型罩形成射流的头部速度达到6 853 m/s,比等壁厚单铜罩射流头部速度提高10.2%。新型铜/铝变壁厚双层药型罩形成射流的性能要优于等壁厚单层铜罩射流的性能。     

截顶辅助型超聚能射流成形理论及正交优化

针对截顶辅助型超聚能装药结构设计及应用问题,建立了截顶辅助型超聚能射流成形微元法理论模型;综合考虑药型罩、炸药、壳体、炸高等因素关键参数,建立了超聚能射流成形特性主控参量量纲一分析模型;通过正交优化方法,揭示了辅助药型罩厚度、辅助药型罩边缘凸出长度、截顶药型罩壁厚、锥角以及炸高对超聚能射流有效射流长度和头部速度的影响规律,获得了5个关键因素影响的主次关系.     

破甲弹对复合装甲毁伤数值模拟分析

为研究破甲弹对复合装甲的毁伤规律,利用Autodyn非线性动力学软件,建立了破甲射流对复合装甲数值仿真有限元模型,并分别就碰撞点和破甲弹结构参数改变对毁伤效应影响进行了仿真计算与分析,以射流剩余速度和穿孔特征为评估参量,初步得到了破甲弹对复合装甲的毁伤规律. 破甲弹正面进攻主战坦克时,复合装甲的穿透与破坏情况随各板块被侵彻的顺序不同而不同,45°～60°范围内的锥角比较适合作为反复合装甲的破甲弹的药型罩锥角.