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.     

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.      

聚能装药的破甲威力计算

本文提供的计算方法,可以计算药型罩压垮,射流形成及破甲过程的各种参数。计算模型具有的特点:压垮速度计算采用圆管模型提供的结果;射流速度分布按双线性处理,破甲过程采用解析法计算,并考虑了靶板强度及射流断裂的影响。根据对各种战斗部聚能装药的计算表明,理论结果与实验结果符合较好。本方法可以用于预报聚能装药的射流参数及破甲性能,也可以用来分析各种装药参数对破甲威力的影响。     

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.     

双层药型罩侵彻半无限靶板的数值仿真研究

为了研究双层药型罩参数对其侵彻半无限靶板的影响,使用有限元软件AUTODYN,对双层药型罩的射流形成、延伸和破甲进行了数值仿真研究,得出了不同厚度比情况下炸高对侵深和孔径的影响规律.通过分析确定:厚度比为1时铝铜双层罩侵彻性能最好.给出了厚度比为1时多种材料的不同组合对侵深和孔径的影响规律,研究了相同质量条件下不同材料组合对侵深的影响.仿真结果为对进一步研究双层药型罩成型装药战斗部提供了依据.     

杆式聚能侵彻体的数值模拟

本文利用LS-DYNA有限元分析软件对半球形药型罩成形形成的杆式聚能侵彻体进行破甲数值模拟,在水介质中侵彻过程和破甲毁伤效果。论文通过水中爆炸和聚能装药理论分析、进行数值模拟和试验验证相结合。     

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.      

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.      

聚能战斗部壳体与装药匹配性试验研究

针对聚能战斗部设计过程中常见的有隔板装药在带金属钢壳后破甲穿深明显下降、穿深稳定性变差的问题,采用爆炸产物一维膨胀流动模型,分析了作用于药型罩的爆炸载荷影响射流形成和破甲威力下降的原因。对有隔板聚能战斗部在带钢壳后的装药结构参数进行匹配性设计,通过试验验证了带壳后聚能战斗部的破甲威力。结果表明,装药匹配性设计后,带壳聚能战斗部的破甲威力已与无壳时的水平相当,达约10倍装药直径;相比较其穿孔直径增大20%以上,使相对应的射流穿孔容积提高了40%。可见,装药匹配性设计既解决了聚能战斗部带壳后的穿深下降等问题,又提高了射流对装甲目标的破甲/毁伤后效。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

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.      

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.     

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.     

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.     

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.      

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.      

串联聚能装药延迟时间与装药间距匹配关系研究

为降低串联聚能装药战斗部前级爆轰对后级JPC成型的干扰,采用LS-DYNA软件,对不同装药间距、不同延迟起爆时间下后级JPC的成型过程进行了数值模拟. 获得了装药间距、延迟起爆时间对后级JPC成型的影响规律,分析了最佳延迟时间下以及头部速度最低对应延迟时间下后级JPC头部速度降随装药间距的变化规律,建立了延迟起爆时间与装药间距的匹配关系. 结果表明:最佳延迟起爆时间随装药间距的增大而增大,当前后级装药间距达到2.5倍装药口径,延迟时间为40 μs,后级JPC头部速度降只有11%. 针对优化结构开展了侵彻45#钢靶实验,串联聚能装药战斗部能够实现反硬目标大开孔兼顾穿深的要求.