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.     

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。本文就药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响进行研究,根据射流形成理论分析得到了射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角之间的关系,并采用观察不同锥角的药型罩结构所形成的侵彻体,在远距离飞行下的断裂情况,来验证射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角的关系,实验结果表明射流微元头尾速度比随着压垮角的增大而增大,与理论分析吻合。     

柱锥结合罩压垮过程数值模拟

为了更好地研究柱锥结合罩的成型机理,建立了带壳体柱锥结合罩战斗部药型罩压垮、形成射流的仿真计算模型,仿真研究了药型罩压垮成型过程和初始射流形成特性,并与锥型罩初始射流特性进行了对比分析.结果表明:柱锥结合罩初始射流是由圆柱部分罩材料径向压缩和沿轴线向下流动变形而形成;与形同锥角和壁厚的锥型罩相比,柱锥结合罩初始射流头部速度可提高1 km/s以上,射流质量密度更大、分布更均匀,对提高射流破甲效应极为有利.     

双锥罩聚能装药最佳炸高设计方法

为研究聚能装药最佳炸高的设计方法. 通过试验获得34°与40°两种上锥角双锥形药型罩聚能装药在6.0,6.5,7.0,7.5和8.0倍炸高条件下的静破甲深度;同时,进行了同实验工况的数值模拟方法研究;在数值模拟方法获得验证后,通过数值模拟获得了不同上锥角下炸高对双锥罩聚能装药破甲深度的影响规律. 利用内插值法建立了含药型罩锥角和炸高变量的双锥药型罩聚能装药静破甲深度计算公式,获得了静破甲深度随上锥角和炸高变化的三维曲面;据此,确立了双锥罩聚能装药的最佳炸高. 研究结果表明,实验与数值仿真结果一致,验证了所提出的双锥罩聚能装药炸高设计方法的可行性.      

新型环形聚能射流形成机理研究

为了解决环形聚能射流稳定性差、速度低等缺点,提出了一种新型环形聚能装药结构,基于正交优化方法,采用Autodyn软件对新型环形聚能装药结构进行了优化设计,给出了药型罩壁厚、药型罩曲率半径、聚焦装置锥角、喷孔直径及壳体厚度对射流头部轴向及径向速度的影响,优化出了径向偏转速度低的新型环形聚能射流,并进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果基本一致.数值模拟及实验结果均表明,文中提出的新型环形聚能装药结构能够形成环形破孔,在钢靶上破孔直径107 mm,深度28 mm.      

药型罩参数对聚能装药水下作用效应的影响

数值模拟和实验研究聚能装药水下作用行为,初步获得了药型罩形状、厚度、曲率及半径中心等参数对聚能装药水下作用的影响特性.AUTODYN-2D数值模拟与实验结果均表明,罩形是影响聚能装药水下作用行为的决定性因素,偏心亚半球形罩装药水下作用可有效形成空腔随进效应,而且穿过相同水层厚度后对验证靶的破甲能力明显优于锥形罩和双曲罩聚能装药.罩厚对杆式侵彻体初速有显著影响,罩曲率中心及半径则主要影响杆式侵彻体的初始形状及速度.     

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。     

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.     

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.     

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.     

基于正交设计试验的双锥药型罩结构优化

双锥药型罩成形的影响因素复杂,其壁厚、上锥角、下锥角以及上锥高度占比4个参数对形成射流的特性、侵彻性能产生重要影响。基于正交设计方法分析以上因素对射流特性及侵彻能力的影响。选取双锥药型罩的以上4个参数为正交优化的4个因素,将射流头部速度、速度梯度以及有效长度作为优化时主要的评价指标,对双锥药型罩进行结构方案优化。通过分析双锥药型罩数值仿真优化结果,得到药型罩上锥角为25°、下锥角为55°、壁厚为3.5 mm、上锥占比60%时,其形成的射流具有较好的破甲效果。     

杆式射流微元应力特性数值仿真

应用LS-DYNA动力学仿真软件及示踪点测试技术,对球缺型罩形成杆式射流的过程及不同位置微元所受应力随时间变化的规律进行了仿真研究. 通过分析药型罩顶部微元受轴向应力的二次峰值及持续时间、射流与杵体交界处微元等效应力、药型罩轴线上外侧微元与内侧微元应力差等参数,得到罩微元应力分布与杆式射流成型性的关系. 结果表明当罩锥角在100°~110°时,药型罩壁厚取0.07d时可得到成型性较好的杆式射流.     

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.      

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.      

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.