钛合金药型罩聚能装药射流成型与侵彻实验研究

为研究轻质合金药型罩的侵彻性能,采用X光照相技术对两种大锥角钛合金药型罩的射流成型及其对钢靶的侵彻行为进行了实验研究. 结果表明,140°锥角药型罩产生的射流近似为EFP,其对钢靶的侵彻半径大,但侵深较浅. 120°锥角药型罩在中心起爆时,形成杆式射流;而环形起爆时,则形成典型射流,其侵彻深度比中心起爆有较大提高. 此外与铜质药型罩相比,其侵彻孔径得到明显提高. 因此,采用轻质合金和环形起爆,可以在保证大锥角药型罩较高能量利用率的同时增大开孔孔径和侵彻深度.      

不同材料模型药型罩数值仿真结果对比

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。     

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.     

切分药型罩对射流形成及其侵彻能力影响的数值模拟研究

本研究采用数值模拟的方法研究了按不同比例(1:1、2:1、3:1)切分药型罩在爆轰波的驱动下射流的形成过程、形状、头尾部速度、射流的拉伸长度和射流的断裂时间及其对钢靶板的侵彻能力;并与未切分的完整药型罩的射流形成过程及侵彻能力进行比较。最后采用经验计算公式根据射流的头尾部速度计算了射流的侵彻深度。结果表明药型罩经过切分后有利于减小射流的杵体和速度梯度,增加射流的拉伸长度,有利于增强射流的侵彻效果。在本研究范围内切分比例为1/1的药型罩形成的射流最佳。     

玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩的静破甲特性研究

为研究玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩射流与靶板间的反应及其对破甲性能的影响,对两种材料射流侵彻后的45钢靶分别进行组织和性能测试分析.结果表明:玻璃药型罩适合在较大炸高条件下使用,而玻璃/钨药型罩适合在小炸高条件下使用.侵彻过程中玻璃射流与钢靶之间不发生反应,而玻璃/钨与钢靶之间发生反应生成了Fe-W相,使得射流能量部分横向耗散.玻璃及玻璃/钨射流在侵彻钢靶的过程中均会引起弹孔表面发生马氏体相变,且随着侵彻的深入,相变区域宽度呈增加的趋势.      

完井射孔三维有限元模拟

采用LS-DYNA3D有限元分析软件ALE算法,对油气井射孔弹的爆炸成形过程及射流侵彻套管及岩层过程进行了模拟计算. 计算给出了射流形成过程、射流速度分布曲线、药型罩动能随时间的变化曲线. 计算中射孔弹发生侵彻的时间是14 μs,射流头部最大速度达到5 558 m/s,药型罩动能为5 300 J. 通过LS-DYNA中失效应变的定义实现混凝土及岩层的破碎情况,计算发现射流侵彻能力随着混凝土及岩层靶板失效应变的增大而降低;失效应变越大则消耗射流能量越大.     

药型罩壁厚对EFP成型性能影响试验

为了得到EFP成型性能与药型罩壁厚之间的关系，进行了不同药型罩壁厚的EFP侵彻钢靶板实爆试验。通过网靶测速、EFP对40mm钢靶板的破孔深度和大小试验，获得了大量EFP速度、破孔深度和大小等数据。试验结果表明：药型罩壁厚对EFP速度和侵彻能力的影响很大，在适当的壁厚条件下EFP能穿透40mm钢靶板。在试验数据分析基础上，得到了药型罩壁厚与EFP的速度和侵彻深度之间的关系和σ／Dk的合理匹配关系。     

射孔弹侵彻套管三维有限元模拟

采用有限元分析软件AUTODYN,对油田使用的Y1201射孔弹的爆轰压垮药型罩过程和射流侵彻套管过程进行了模拟计算。爆轰材料采用JWL模型;侵彻过程材料破坏采用Von Mises屈服应力准则。计算给出了射流形成过程、射流的速度分布曲线、药型罩动能随时间变化曲线。射孔弹发生侵彻的时间是13μs;射流侵彻后的速度为3 992 m/s;药型罩动能随时间变化,在15 s时,药型罩动能达到最大值,为1.24×107 J,在20μs时,动能降低到一个稳定值,为1.2×107 J。     

SDP45型射孔弹射流有限元模拟分析

采用有限元分析软件AUTODYN,对油田使用的Y1201射孔弹的爆轰压垮药型罩过程和射流侵彻套管过程进行了模拟计算。爆轰材料采用JWL模型;侵彻过程材料破坏采用Von Mises屈服应力准则。计算给出了射流形成过程、射流的速度分布曲线、药型罩动能随时间变化曲线。射流的最大速度为7 962 m/s;药型罩动能随时间变化,在6μs时,药型罩动能达到最大值,为1.8×107 J,之后动能降低到一个稳定值,为1.5×107 J。     

药型罩形状对活性聚能侵彻体成型的影响

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活性聚能侵彻体速度较低,但凝聚性较好.进一步结合活性材料反应动力学方程,对活性聚能侵彻体成型激活反应行为进行分析.分析结果表明：活性射流激活区位于杵体外壁、射流头部和轴线附近;随炸高增加,激活区内活性材料反应不断加剧,特别是射流头部和轴线附近材料的反应,将导致活性射流膨胀发散,不利于侵彻;而类杆状活性聚能侵彻体激活区域主要集中在尾部碎片区和杆尾中心部位,化学反应对其影响相对较小.     

活性复合罩聚能装药侵彻增强行为

为解决传统高聚物基活性罩聚能装药侵彻深度严重不足这一瓶颈性问题,提出了一种活性-铜复合罩聚能装药结构,并采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了活性-铜罩射流成形及侵彻钢靶增强行为.仿真表明,内层铜罩主要形成高速前驱射流首先侵彻钢靶,活性材料外罩大部分形成杵体且可以随进侵孔内部.实验结果表明,与传统单一活性射流相比,活性-铜射流对钢靶造成的侵深更大,且侵彻性能与进入侵孔内的活性材料质量显著受炸高影响.实验与仿真对比表明,活性材料的爆燃反应会导致侵彻过程提前终止,可能的机理是其化学反应在侵孔内会形成超压,造成铜射流严重失稳,致使剩余射流无法再继续侵彻.      

风帽材料对PTFE/AL含能枪弹侵彻土壤深度的影响

风帽材料是影响PTFE/Al含能枪弹侵彻土壤深度的一个重要因素,为了研究风帽材料对PTFE/Al含能枪弹侵彻土壤深度的影响,采用弹道枪垂直侵彻土壤的试验方法,设计了单一变量对比试验,在相同枪弹外形、初速及土壤组分情况下,对比分析尼龙、铝合金、钢、PEFE/Al四种风帽材料的PTFE/Al含能枪弹侵彻单位距离所需的能量,获得最大空腔位置与侵彻深度的关系.试验结果表明,延迟PTFE/Al含能材料激发时间有利提高PTFE/Al枪弹侵彻土壤的深度,采用铝合金风帽材料的PTFE/Al枪弹侵彻单位距离土壤所需能量最小.     

盘形滚刀破岩力影响因素试验研究

采用试验方法研究了盘形滚刀破岩时掘进参数贯入度、切削速度和刀间距的选择对破岩性能的影响.结果表明:贯入度、切削速度的增加,破岩力成比例增大;得到最优贯入度为76mm和最优切削速度6m/h,进而确定刀盘转速和最外径线速度,推算TBM总推力和总转矩.分析盘形滚刀切割岩石时的挤压、剪切破坏过程,前方破碎区由于挤压破坏形成粉盒区;两侧的岩石受到滚刀浸入的挤压作用,发生弹性变形,逐渐达到岩石的剪切强度极限,裂纹贯通碎裂.     

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。     

低密度材料用于串联战斗部可行性研究

为研究浮法玻璃、合成树脂和有机玻璃3种低密度材料用于串联战斗部前级药型罩的可行性,用Autodyn-2D对3种低密度射流的成型以及对爆炸反应装甲的引爆过程进行了数值模拟.结果表明,与铜射流相比,低密度射流在同等条件下具有更高的头部速度,更大的射流直径以及良好的延展性,并能够快速而且有效的引爆爆炸反应装甲内的装药.初步验证了3种低密度材料用作串联战斗部前级药型罩材料的可行性.     

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.     

非金属射流冲击反应装甲穿而不爆的研究

为比较特氟龙和尼龙两种非金属射流冲击反应装甲穿而不爆的优越性,利用数值仿真和试验研究相结合的方法对两种材料的射流冲击反应装甲进行了研究分析.研究结果表明：非金属射流引起夹层炸药的起爆的因子主要来自于侵彻中的动压力以及面板、背板的对冲击波的反射加剧.对于本研究药型罩材料的选择,并非材料密度越低越适合作为前级聚能装药药型罩材料,还要兼顾射流的侵彻开孔能力,相比之下特氟龙表现出了更好的优越性.