复合反应破片爆炸成型与毁伤实验研究

研究爆炸成型复合反应破片的成型过程及其对目标靶的终点效应.设计了球缺形药型罩的小长径比爆炸成型复合反应破片装药结构方案,应用脉冲X光摄影系统拍摄复合反应破片的形成过程.实验结果表明,药型罩在压垮过程中成功实现对反应材料的包覆,包覆及飞行过程中反应材料性能安定;从破片侵彻靶板结果看出,复合反应破片在撞靶时发生化学反应,毁伤效果比惰性侵彻体有大幅提高,利用金属药型罩动态包覆反应材料形成复合反应破片方法可行.研究结果可为反应破片战斗部的工程应用提供参考.     

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.      

半球型药型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟

本文采用Ls_dyna有限元分析软件对半球型药型罩聚能装药爆炸形成杆式聚能侵彻体及其对混凝土的侵彻作用进行了数值模拟,结合威力效应实验,对其成型及侵彻过程进行了研究,获得了半球型药型罩装药结构形成侵彻体的形状、头尾速度及它们对混凝土靶的侵彻参量。初步获得半球型罩对混凝土目标的毁伤特性,为同类装药优化设计提供参考。     

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。     

爆炸成型杆式侵彻体对水介质间隔装甲侵彻的数值模拟

应用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的过程进行了数值模拟,并结合实验校核了数值模拟算法、模型及材料参数,使模拟结果与实验结果相吻合. 探讨了爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的规律,以及不同药型罩结构和爆轰波形对杆式侵彻体侵彻性能的影响.     

多模毁伤元形成与侵彻效应的数值模拟

研究改变起爆方式使Octol炸药和球缺紫铜药型罩的柱锥型战斗部形成爆炸成型弹丸和杆式侵彻体两种毁伤元,采用AUTODYN-2D软件对点起爆和环形起爆方式下毁伤元形成与侵彻装甲钢靶进行数值模拟,分析起爆位置对毁伤元成形和侵彻能力的影响. 数值模拟结果表明,相同战斗部结构在5Dk(Dk为装药直径)炸高下,理想环形起爆半径条件下形成的杆式侵彻体对装甲钢的侵彻深度约为爆炸成型弹丸侵彻深度的2倍.     

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.     

线型聚能装药射流形成过程的数值模拟

聚能射流形式过程的研究对于正确认识射流侵彻理论具有重要的意义。根据线型聚能药的结构特点,利用DYNA3D显式有限元程序对线型聚能射流的形成过程进行了数值模拟。模型探讨了线型聚能装药爆炸的诸多重要物理特性,如药型罩的压垮、射流形成和拉伸以及体杵体的“体缩”现象。还分析了线型聚能射流形成过程中速度、密度、温度等参数的分布特性,得出了射流有逆向速度梯度和杵体存在“体缩”现象听结论,其结果与现有的理论分成果基本一致。     

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.     

药型罩结构参数对EFP侵彻能力的影响

该文采用均匀设计方法研究了变壁厚球缺药型罩结构参数对爆炸成型弹丸(EFP)侵彻能力的影响。以变壁厚球缺药型罩的3个主要尺寸参数为优化对象,以EFP对靶板的侵彻深度为指标,应用均匀设计方法设计仿真方案。分别用AUTODYN和SPSS软件对EFP战斗部的爆炸成型进行仿真和回归分析。仿真结果表明,药型罩尺寸的交互效应是影响EFP侵彻能力的主要因素。根据该结果得到最优化的设计方案。对优化方案进行仿真得到的EFP成型与侵彻均比较理想。     

两级爆轰驱动装置发射弹丸的实验和数值模拟

为研究利用多级爆轰驱动发射高速爆炸成型弹丸的可行性,利用两级爆轰驱动进行发射爆炸成型弹丸的实验研究.二级爆轰驱动系统的次级被置换为成型装药,研究改变装药高度对弹丸速度的影响,并利用数值模拟对实验的结果进行比对.实验结果和数值模拟结果吻合良好.实验结果表明,二级爆轰驱动装置比传统一级成型装药能大幅提高爆炸成型弹丸的速度,具有发射大于3km/s弹丸的能力.     

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.     

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.     

破片对聚能装药战斗部冲击引爆数值模拟分析

针对二次破片引爆车内弹药毁伤效能难评估问题,分析了基于热点学说的冲击引爆临界速度准则. 利用数值模拟方法,以反应度为引爆判断参数,进行了冲击引爆过程中炸药内部压力与状态分析,验证了热点引爆学说;得到了聚能装药撞击位置、破片尺寸、破片材料等参数对冲击引爆影响规律,直径相同时,柱形破片的临界起爆速度比球形破片低;聚能装药残余弹体或二次破片完全有可能引爆车体内弹药,从而导致严重的二次效应,钢质破片有效尺寸约14 cm、速度约1800 m/s,或者钨质破片有效尺寸约14 cm、速度约1500 m/s就能发生冲击引爆.      

无罩线形聚能装药近场爆炸载荷分析

为研究装药半楔角度对无罩线形聚能装药近场爆炸载荷的影响,利用Autodyn有限元分析软件的二维多物质欧拉算法对不同半楔角（40°、50°、60°、65°和80°等）的线形聚能结构爆炸后冲击波的产生和传播过程进行了数值模拟。分析了冲击波的形成过程,得到了各装药爆炸后的近场不同位置(距离爆炸中心15、20、25和30 m等)处冲击波超压及比冲量值,研究了半楔角和位置对爆炸载荷的影响。研究表明,无罩线形聚能装药结构的最优半楔角为65°左右,且距装药开口方向约2 m处爆炸冲击波的综合作用能力最强。     

命中位置对引爆重型爆炸反应装甲影响数值模拟

主要针对聚能战斗部引爆重型爆炸反应装甲问题开展研究,采用前处理软件TrueGrid建立了聚能射流引爆重型反应装甲数值计算模型,并采用非线性动力学软件LS-DYNA对该问题进行了数值模拟研究,使用后处理软件LS-prepost获得了不同命中位置对爆炸反应装甲引爆特性和飞散特性的影响特性.结果表明,命中位置对反应装甲引爆和飞散行为影响显著.命中位置越靠近反应装甲边缘,夹层装药起爆后的爆轰波峰值压力越低;飞板越晚开始飞散运动,加速时间越短;飞板飞散速度越小,对射流的干扰持续时间越长.      

多点起爆下聚能装药金属药型罩碎裂行为

采用AUTODYN-3D数值模拟方法,研究了聚能装药在多点起爆方式下金属药型罩碎裂失效形成破片力学行为. 结果表明,多点起爆可使爆轰波在药型罩壁面相互叠加产生强应力集中带,并致使罩材沿应力集中带发生切割性失效,碎裂形成与起爆点数相等的规则杀伤破片. 进一步分析表明,起爆点数对破片成形有显著影响,增加起爆点数可提高破片飞散速度.     

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。