橡胶复合靶板抗成型装药射流侵彻研究

为研究橡胶复合靶板对成型装药射流的干扰作用机理,分析了射流侵彻“三明治”结构橡胶复合装甲时应力波在多层介质中的传播,研究了背板上射流作用区域的质点运动规律.运用开尔文—亥姆霍兹流体不稳定性原理分析了橡胶复合靶板背板质点速度对射流的干扰作用.预测了倾角以及橡胶夹层厚度对复合装甲抗射流干扰的影响.通过X-光脉冲试验和剩余穿深试验获得了射流侵彻复合靶板后射流变形情况和射流剩余侵彻能力变化情况.证明了采用应力波原理和开尔文—亥姆霍兹不稳定性分析橡胶复合靶板对射流干扰作用机理的可行性与正确性.试验证明橡胶复合装甲具有优异的防护能力,可以作为一种新型防护装甲.     

爆炸成型弹丸对含水复合装甲侵彻的实验研究

对用于反舰(潜)复合式鱼雷战斗部的前级聚能装药爆炸成型弹丸进行了成型实验及其对多层含水复合装甲的侵彻实验,利用脉冲X光高速摄影技术和电探针测试技术得到了爆炸成型弹丸的飞行特性和对含水复合装甲的侵彻规律. 实验结果表明,采用变壁厚球缺罩聚能装药战斗部有利于侵彻大间隔含水复合装甲防护结构,为复合式鱼雷战斗部的优化设计提供参考.     

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.     

长杆弹对陶瓷复合装甲斜侵彻的数值模拟

该文结合某型陶瓷复合装甲的侵彻实验,利用三维非线性动力有限元程序LS—DYNA3D,建立高速钨质长杆弹对多层陶瓷复合装甲侵彻的有限元分析模型,描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象,并与实验进行对比,数值结果与实验结果吻合,对进一步研究复合装甲防护及弹体侵彻性能具有一定的参考价值。     

钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板抗弹性能

为优化设计钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板,结合薄板冲塞的极限速度方程与Florence模型建立了钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板的抗弹极限速度预测模型. 根据模型,分析了不同面板、背板及陶瓷厚度组合对钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板抗弹极限速度的影响,并通过7.62mm普通钢芯弹侵彻钢/Al2O3陶瓷/钢复合装甲板试样实验验证了该模型的正确性. 结果表明,钢面板厚度小于1.0mm时,复合板抗弹极限速度计算值和实验值之间的相对误差在15%以下,陶瓷芯与钢背板的厚度比保持在1.5～4.5之间比较合理.     

EFP侵彻爆炸反应装甲过程研究

为了提高串联战斗部侵彻爆炸反应装甲的能力,消除爆炸反应装甲对主射流的影响.对串联战斗部前级爆炸成型弹丸(EFP)侵彻爆炸反应装甲进行了数值模拟和试验研究.建立了前级EFP装药从起爆、成型到侵彻爆炸反应装甲全过程的有限元模型,采用二维轴对称拉格朗日算法计算得到了EFP侵彻爆炸反应装甲各板的速度、直(孔)径和PBX9504炸药板内的冲击压力,得出了EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的结论.通过EFP实弹侵彻爆炸反应装甲实验.证实了串联战斗部前级EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的过程.     

不同速度下B4C陶瓷/铝合金轻型复合靶板抗侵彻行为研究

陶瓷复合装甲由于其本身高硬度、低密度的特点被广泛应用于高机动性武装载体上，其主要威胁弹体为12.7 mm穿甲燃烧弹。该弹种在侵彻陶瓷轻型复合靶板时弹芯会发生脆性破碎失效行为，弹丸着靶速度的不同会导致弹芯破碎程度的变化，从而直接影响侵彻结果。利用12.7 mm穿燃弹以区间速度498.9～769.2 m/s撞击B₄C/铝合金轻型复合靶板的试验，对靶板与弹芯的损伤模式与侵彻行为进行多尺度分析，并利用LS-DYNA软件进行相应数值模拟。研究结果表明：6061-T6铝合金背板主要失效形式为花瓣形撕裂穿孔并伴随永久性隆起形变，试验得到的弹芯碎片的平均特征尺寸随着侵彻速度的增大而减小，证明在高速侵彻过程中弹芯损伤更为严重；弹芯头部的应力远大于其他位置的应力，弹体从头至尾部方向峰值逐渐降低；对弹芯造成损伤的主要为陶瓷抗弹面板，主要损伤位置为陶瓷粉碎区；背板在侵彻过程中主要对陶瓷起支撑与缓速作用，对弹体的体积与形变无明显影响；陶瓷/铝合金复合装甲的能量吸收能力随着侵彻速度的增大而提高。     

两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶研究

采用海37 mm弹道炮发射次口径钨合金和钨纤维增强非晶复合长杆弹进行了高速侵彻装甲钢靶试验,并借助三维非线性动力有限元程序ANSYS LS-DYNA对1.0~2.6 km/s速度条件下两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶问题进行了数值模拟,分析了弹体材料和速度对其侵彻性能的影响,并对其毁伤机理进行了初步分析.实验与数值计算结果均表明钨纤维增强非晶复合长杆弹的侵彻性能优于钨合金长杆弹;实验侵彻过程中,钨纤维增强非晶复合长杆弹产生了自锐现象,而钨合金长杆弹则是形成了蘑菇头;数值模拟结果表明两种长杆弹的破坏模式随入射弹速的变化而变化.     

爆炸复合金属靶抗侵彻性能分析

针对弹体侵彻爆炸复合金属靶的问题,提出了用固连．失效模型反映爆炸复合板层间结合的方法。利用非线性有限元程序LS-DYNA3D对爆炸复合靶的弹道侵彻过程进行了数值模拟。结合弹击实验分析了靶板的破坏机理和吸能方式。借助于数值模拟结果定性地分析了靶板层间结合强度和厚度分布对抗侵彻性能的影响。结果表明：采用该固连-失效模型可较好地模拟爆炸复合靶在弹体侵彻下的变形过程;较硬的面板对弹丸的破坏作用和较软的背板对弹丸能量的吸收作用将使得复合板的抗侵彻性能提高;面板与背板厚度比约为2：1时抗侵彻性能最好;界面结合强度的存在也将提高复合靶的抗侵彻性能。     

串联EFP形成与侵彻的数值模拟及实验研究

针对单罩及两种复合罩材串联爆炸成型弹丸(EFP)成形和侵彻开展了数值模拟和实验研究,采用脉冲X光摄影获得了EFP成形过程典型时刻图像,同时得到了对钢靶的侵彻效应.对比分析3种结构方案对钢靶的侵彻,结果表明:串联EFP战斗部对钢靶板的侵彻深度比单罩EFP战斗部有较大幅度提高;同时对于串联EFP战斗部的侵彻效果,钢-铜双罩结构要好于钢-钢双罩结构.     

弹丸斜侵彻普通混凝土靶板的数值模拟

随着军事领域对高新科技的广泛应用,各类动能侵彻武器与结构防护技术的冲突愈加激烈,同时又相互促进、共同发展、交替上升,这对大型防护工程的防御能力提出了更高要求.为了更了解弹体对混凝土靶板的侵彻作用,提高结构防护工程的防护能力,采用K&C混凝土本构模型和利用非线性有限元商业软件LS-DYNA对弹体斜侵彻混凝土进行了数值模拟,通过改变弹体倾角来研究弹体在斜侵彻混凝土靶板过程中的侵彻能力和跳弹现象的影响因素.     

陶瓷靶抗侵彻特性的数值模拟研究

研究增韧对氧化铝陶瓷抗侵彻性能的影响.采用AUTODYN软件和JH-2模型参数对10%ZrO2增韧Al2O3陶瓷(简称ZTA陶瓷)和AD95陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能,进行了系列数值研究,并与45号钢的抗侵彻性能进行了对比.研究结果表明,长径比一定的长杆弹对复合靶的侵彻存在一个最佳的冲击速度;在高速冲击下,两种陶瓷复合靶的防护系数均大于1,陶瓷材料能够有效提高装甲的抗长杆弹侵彻能力;不同工况下ZTA陶瓷抗长杆弹侵彻能力优于AD95陶瓷.     

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.     

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.      

动能弹低速侵彻装甲靶板过载数值模拟

 数值模拟和实验研究动能弹侵彻装甲靶板作用行为,初步获得了着速、着角对过载的影响规律。AUTODYN-3D数值模拟结果表明,着速、着角对侵彻过载影响明显,侵彻过载峰值随着速的增加而增大,随着着角增大而减小,但变化趋势有所缓和。针对不同速度正侵彻问题进行了实验验证,数值模拟结果与实验结果较为吻合,结果均表明,随着速度的增加,过载呈现出明显增大的趋势,且最大过载出现时间为0.05—0.2ms范围内。     

UHMWPE背板铺层角度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

由于背板强度对陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能存在明显影响，采用12.7 mm穿燃弹(刚脆性)冲击实验研究了不同UHMWPE背板铺层角度对陶瓷/纤维复合装甲弹道冲击性能的影响.通过观测回收的弹芯、靶体陶瓷及纤维背板宏观破坏特征，分析了陶瓷/纤维复合装甲的耗能机理及抗弹性能.试验结果表明，陶瓷锥是陶瓷面板的主要破坏模式，其宏观裂纹主要有:径向、环向及与锥形裂纹；纤维背板变形模式为动态锥形鼓包及边界褶皱，其破坏失效模式有:剪切失效及层间剥离.并且，背板强度对陶瓷/纤维复合靶板的抗弹性能有明显影响，随着UHMWPE背板铺层角度的减小，背板强度以及陶瓷/纤维靶板整体结构刚度随之增大，靶板对弹芯的破碎作用越明显，冲击后剩余弹芯最大碎片质量减小，小碎块数量增多，弹丸碎块穿透靶板后剩余侵彻能力减弱，复合靶板整体抗弹性能增加，同时背板鼓包高度减小，锥形鼓包所形成的角度增大，纤维层合板的破坏失效模式从剪切失效向层间剥离转变.      

强化驻留效应的陶瓷复合装甲抗弹性能

轻强化是防护装甲永恒的追求,通过结构创新设计是实现装甲轻强化的重要手段。本文基于陶瓷驻留效应防护机制,对填充陶瓷进行结构设计从而达到强化驻留效应的目的,有效提高了防护装甲的轻强化,并且探索了结构参数对新型防护装甲防护性能的影响规律。结果表明：新型复合装甲的抗弹机制呈现出驻留效应和厚度效应的顺序耦合;当锥角为60°时,新型防护装甲的驻留效应最大,且随着锥角层高度的增大,驻留效应进一步增大;与传统的陶瓷复合装甲相比,在动能耗散率和弹体剩余速度相当的前提下,新型防护装甲的质量降低了16.7%。     

仿犰狳鳞片结构的躯干柔性防护装具抗穿甲燃烧弹侵彻性能

根据犰狳外骨皮盔甲的结构形态，设计了由SiC陶瓷和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）构成的双层结构的仿生复合鳞片和新型柔性防护装具.该柔性防护装具由上层鳞片层与下层垫层组成，其中鳞片层由周期性排列复合鳞片构成，垫层为UHMWPE纤维层.采用MTS C43电子式万能试验机对防护装具进行了柔性测试，并依据《军用防弹衣安全技术性能要求》（GJB 4300A―2012）标准Ⅲ级弹道防护性能要求对其进行了弹道测试.分析了复合鳞片的厚度比、垫层数量、穿甲燃烧弹侵彻区域等因素对防护装具防护性能的影响，以及防护装具在集中荷载作用下刚度的变化过程.结果表明：该新型柔性防护装具具备良好的防护性能，不同侵彻区域对破坏范围具有显著影响；在集中荷载作用下垫层限制了鳞片层的弯曲变形，降低了整体柔性.     

抗弹陶瓷材料抗弹性能的理论表征

通过对杆式弹侵彻过程的力学分析,运用Tate理论方程和空腔膨胀理论,将侵彻过程的运动参量表达为材料力学性能的显式函数,进而将陶瓷材料差分效益因子表达为材料力学性能的显式函数,从而在理论上用材料力学性能的显式函数对陶瓷材料抗弹性能的试验数值指标进行了表达,以明确的数学形式表示了陶瓷材料对抗弹效能具有关键作用的力学性能参量.初步计算表明,该理论方法可以对陶瓷复合装甲抵抗杆式穿甲弹的防护效益做出近似的估计.     

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.