一种基于侵彻能力和散布均匀性的斜向破片式战斗部设计

为了实现破片对高速运动小目标的斜向高效、均匀侵彻,根据爆轰波传播特点和爆炸驱动理论,设计了一种斜向破片式战斗部,以2mm厚Q235钢板为目标借助于数值模拟和试验考察分析了战斗部结构、起爆方式等对破片侵彻能力和散布密度、散布均匀性的影响。结果表明：破片在52.3度斜向角内对2mm厚的Q235的穿透率达96.6％,破片在该方向范围内散布均匀,三点起爆方式更有利于提高破片散布均匀性和速度一致性。     

基于LS-DYNA的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析

采用LS-DYNA的Lagrange算法,选择了适合金属侵彻问题的Johnson-Cook材料模型,建立了圆柱形破片侵彻钢质靶板的有限元模型。通过对数值运算的结果进行分析,得到了破片对靶板的动态侵彻过程及破片和靶板的变形和损伤、破片和靶板上的等效应力分布和选取单元的应力变化曲线;得到了破片在侵彻过程中的速度、加速度变化曲线。     

破片质量对钨合金破片侵彻威力的影响

防空反导导弹战斗部主要利用破片毁伤元撞击、穿孔等实施对目标的毁伤目的,钨合金破片由于具有高密度、高强度特点而被广泛应用于防空反导战斗部,根据侵彻理论,破片质量是影响类立方体钨合金破片侵彻和贯穿能力的重要因素。利用理论计算、数值仿真和试验验证相结合的方法开展了不同质量钨合金立方体破片对Q235A钢板的侵彻能力的研究,结果表明破片侵彻能力随着质量的增加,试验结果均略低于理论计算结果,且质量越低偏差越大。利用试验结果对理论公式进行了初步修正。     

钨合金破片对钢板和铝板的高速穿甲实验及数值模拟

研究钨合金破片对有限厚钢板和铝板的穿甲效应. 采用12.7 mm滑膛弹道枪,57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮以及通靶速度测试装置组成实验系统进行3g（直径7 mm）球形钨合金破片对9.64,11.78,14.81,15.89和17.9 mm厚Q235A钢板和10.16,20.38 mm厚2A12铝板的穿甲实验,通过实验获得球形钨合金破片对不同厚度金属板的弹道极限以及对Q235A钢板的极限贯穿厚度;采用扫描电镜（SEM）对实验后回收破片进行了微观结构特征观察,分析了不同弹靶作用条件下钨合金破片的失效机理. 进行了与实验相同弹靶结构的数值模拟研究,通过数值模拟研究了破片对金属板侵彻过程中的阻力变化特征. 结果表明,钢板较高的密度是存在极限贯穿厚度的主要原因.     

反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应研究

 研究反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应。设计了一种单发反应破片侵彻效应研究的试验装置,研究了反应破片在不同撞击速度下对中厚铝合金靶的侵彻效应;并利用AUTODYN-2D软件建立了反应破片侵彻中厚铝合金靶板效应的数值模拟方法。结果表明:Al/PTFE反应破片在高速撞击下具有动能和化学能双重毁伤效应,在1346~1645m/s的撞击速度下可发生点火和能量释放,在20mm厚铝合金靶上形成3.41~6.51mm的侵孔,在此基础上开展的数值模拟结果与试验结果也有较好吻合。     

活性破片对钢板侵彻性能的实验研究

进行了弹道枪发射实验,研究了活性破片对钢板侵彻性能和毁伤效应。测量破片穿透不同厚度钢板的临界速度,采用高速摄影仪观察破片侵彻钢板过程和反应现象。实验结果表明,活性破片在497~1374 m/s速度范围内,撞击钢板时发生了反应,并伴随有强烈的燃烧、爆炸现象。在战斗部设计关心的1 500~2 200 m/s范围内,活性破片对典型的6 mm厚等效钢板具有足够的侵彻能力;且穿孔直径大于惰性钢破片。聚合物基体材料的强度低和撞靶反应是造成活性破片侵彻穿甲能力弱于钢破片的主要原因。活性材料强度和密度相对钢靶较低,导致撞击靶板过程中发生较大的镦粗变形以及侵靶过程中反应对靶孔产生径向膨胀效应使穿孔孔径增加。     

破片侵彻混凝土毁伤效应研究

采用Autodyn动力学软件对大尺寸破片侵彻混凝土毁伤效应影响因素进行数值模拟研究，获得了侵彻速度、侵彻姿态、破片形状、破片材料等因素对混凝土毁伤效应影响特性. 研究结果表明，破片侵彻速度增大，侵深和侵孔直径逐渐增大，且直径趋于一定值；斜侵彻时，压缩–剪切耦合作用和边界效应可造成侵孔增大；当破片侵彻动能、形状相同时，钨破片综合毁伤效果优于4340钢、45#钢；圆柱体破片破孔能力最强，正方形破片侵深能力最强.      

计及弹型对防弹钢板抗侵彻能力的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对B900FD-1型防弹钢板抗侵彻能力进行数值模拟。对比数值模拟结果与试验结果,表明采用塑性随动强化模型和Johnson-Cook模型能够较好地模拟子弹对金属类延性材料的侵彻能力。进一步采用数值分析方法分析了弹型、弹速及弹的长径比对钢板的侵彻能力的影响。     

基于LS-DYNA的不同材质靶板抗侵彻能力的数值模拟（修改稿）

采用LS-DYNA动力有限元软件Lagrange算法,分别对钢板、钛合金板及由钢板和钛合金板组成的双层板的抗侵彻能力进行了三维数值模拟。对比分析了口径为12.7 mm的弹丸以500 m/s的速度分别侵彻不同厚度的钢板、钛合金板和双层板的侵彻效果、动态侵彻过程及弹丸的速度时程曲线,得出钢板的临界穿深为13.7 mm,钛合金板的临界穿深为27 mm,钢板的抗弹性能优于钛合金板,双层板的结构要经过优化设计才能发挥组合板的抗弹性能优势。     

B900FD-1型防弹钢板抗侵彻能力数值模拟

采用ANSYS／LS—DYNA有限元分析软件对B900FD—1型防弹钢板抗侵彻能力进行了数值模拟,对比分析了数值模拟结果与试验结果之间的异同,数值模拟结果表明采用Johnson—Cook本构模型能够较好地模拟金属类延性材料在强动栽荷作用下的物理力学特性．进一步采用数值分析方法对不同厚度的B900FD-1型防弹钢板进行了侵彻模拟,得到了500m／s子弹撞击速度下钢板的极限设计厚度．     

3DSPH-SHELL耦合算法在薄壁结构冲击动力响应中的应用

针对薄壁结构在数值模拟过程中易发生网格大变形畸变的问题,基于有限元法和光滑粒子流法提出一种3DSPHSHELL耦合算法,并采用一维应力波传播验证3DSPH-SHELL耦合算法的精度。将其应用到弹性球低速撞击钢板、泰勒杆试验和弹体侵彻钢板试验中,数值模拟结果与理论值和试验结果吻合较好。结果表明:3DSPH-SHELL耦合算法计算精度高且效率高,同时更好地再现局部物理细节,适合模拟薄壁结构冲击问题。     

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.     

聚脲弹性体涂覆结构抗侵性能与层间作用机制研究

研究了聚脲弹性体涂覆钢板、涂覆纤维复合材料板抗破片侵彻性能以及涂层与底材层间作用机制.通过弹道试验加载3.3 g立方体破片撞击聚脲涂覆钢板、FRC板结构,获得无涂覆、迎弹面涂覆和背弹面涂覆3种涂覆类型结构的弹道极限,得到了不同涂覆方式下结构抗侵彻性能差异以及变形与失效特征.结果表明,聚脲弹性体涂层对涂覆结构抗破片侵彻性能的影响作用与涂覆底材自身的吸能机制相关;钢板吸能形式为局部变形与剪切冲塞,涂层对钢板耗能作用影响小,且能够有效提高结构抗侵性能,迎弹面涂覆效果优于背弹面;FRC板吸能形式主要为背部纤维的拉伸断裂与层间分离,背弹面涂层抑制纤维板吸能作用,大幅降低涂覆结构抗侵效率.      

低硬度聚脲/钢板复合结构抗高速破片侵彻机理试验

针对低硬度聚脲/钢板复合结构的抗破片高速侵彻机理问题,通过弹道试验,分析了复合结构靶板的侵彻破坏模式和抗弹性能,并与相同面密度的纯钢板进行了比较. 从应力波的角度进一步探讨了复合结构靶板的抗弹机理,以及前聚脲层对后钢板层的影响机制. 结果表明,破片高速侵彻下,前聚脲层主要呈现剪切冲塞的破坏模式;而后钢板层的侵彻破坏模式则由无前聚脲层时的剪切冲塞,逐渐转变为花瓣开裂. 相同面密度情形下,虽然复合结构靶板的整体抗弹性能不如纯钢板,但由于前聚脲层的影响,后钢板层的抗弹效率会得到大幅提升;随前聚脲层/后钢板层面密度比值增大,复合结构靶板整体抗弹性能不是一直降低,而是先降低后提高,且后钢板层是主要耗能构件.      

心形装药结构的破片飞散特征与能量增益研究

为研究心形装药结构的破片飞散特征与能量增益效应,基于LS-DYNA对典型心形装药结构与同质量和尺寸的轴对称装药结构的破片驱动飞散、能量分布和对靶板侵彻作用效应进行了数值模拟,结果表明心形装药结构在径向飞散角-30°~30°内的破片比例为94.3%,而轴对称装药结构仅为16%.心形装药结构的破片速度在2097~349 m/s之间分布,平均速度虽明显低于轴对称装药结构,但在径向飞散角-5°~5°之间的破片总动能约是轴对称装药结构的4倍,能够明显提高定向方向范围内的破片分布密度和动能,增强对目标的侵彻作用效应.     

大长径比杆条对钢板高速斜侵彻过程及其应力波传播特性研究

利用非线性动力有限元分析程序,对大长径比杆条高速斜侵彻钢板的过程进行了数值模拟,分析了侵彻过程中重要物理量的变化情况,并探究了侵彻过程中应力波的传播特性,得到了一些符合实际的结果.     

破片侵彻纤维复合材料板的有限元数值模拟

采用有限元方法对几种不同外形和材料的破片模拟弹垂直侵彻玻璃纤维增强复合材料层合板的动态响应过程进行了模拟分析,研究了靶板有限元模型网格尺度对抗破片侵彻特性模拟计算结果的影响,分析了靶板直径和边界约束条件等因素对复合材料板的抗破片特性的影响。对于厚度为4.0mm以上的较厚靶板,几种常用的13.4g钢质破片模拟弹的外形和材料的差异对侵彻能力影响较小。与已有文献中的实验结果的比较表明:当有限元网格尺度接近复合材料单层厚度时,计算结果的精度较好;当靶板直径大于一个与靶板材料波速相关的临界直径时,靶板直径、边界约束条件对破片模拟弹剩余速度的影响可忽略;完全固支条件的计算结果比简支或自由边界条件更接近于大尺寸靶板的计算结果。     

破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析

为了从理论角度分析钢/陶瓷/钢复合板抵御爆炸破片的侵彻能力,将钢/陶瓷/钢复合靶板简化为由单层的薄板(钢面板)与陶瓷/钢复合靶板组合而成,建立了破片侵彻复合板过程的理论分析模型。结合Florence模型推导了弹体穿透钢/陶瓷/钢复合靶板的剩余速度公式。采用非线性动力学计算程序AUTODYN模拟了圆柱形破片对钢/陶瓷/钢复合靶板的侵彻过程,模拟结果与理论计算结果吻合较好,推导得到的理论公式具有一定的工程实用性。     

破片入射姿态对机体毁伤效果影响研究

破片的运动姿态会对飞机蒙皮的穿透效果及其穿透后的剩余速度产生不同影响。为分析其影响,首先进行靶板极限速度的穿透试验,由极限速度可划分速度计算区间作为典型状态条件。再利用LS-DYNA软件数值模拟破片在不同入射条件下,侵彻靶板时所造成的毁伤情况。数值模拟采用与试验相同的YL12铝合金作为靶板材质,破片近似为刚体,选取不同速度、不同入射角、不同角速度作为典型状态。统计仿真结果并进行分析,得出增加破片毁伤效果及提高其剩余速度的条件,其数据参数和结论可以为今后实验研究提供参考。     

地面装甲车毁伤概率计算方法

针对不确定信息下弹丸近炸破片毁伤效能难以评估的问题,该文基于破片飞散特性和目标毁伤准则建立一种地面装甲车毁伤概率计算模型。根据空中弹丸与地面装甲车的空间关系,分析破片在飞行过程中的衰减特性,研究破片对装甲车的侵彻效果,结合弹丸近炸破片场的散布密度函数,制定装甲车部件毁伤准则;根据装甲车各部件的毁伤权重和易损面积的关系,构建单枚破片毁伤概率计算函数;形成破片数量和侵彻面积条件下的装甲车毁伤概率计算模型。通过计算与分析,给出了不同弹丸炸点高度、不同入射角以及装甲车不同易损区权重差异等条件下破片对装甲车的毁伤效果;同时,采用ANDYS/LS-DYNA仿真模拟不同速度破片对目标的侵彻过程。结果表明,在弹丸与装甲车的交汇过程中,近炸高度越小,弹丸入射角越小,装甲车被毁伤的概率越大;同时,等效靶板所受破片毁伤能量与破片侵彻速度呈正比,并且破片作用在装甲车的破片数量越多,破片对装甲车的毁伤效果越明显。