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.     

攻角对长杆弹高速斜侵彻性能的影响

为了提高穿甲弹的侵彻性能,研究了攻角对杆式弹侵彻性能的影响规律。利用非线性动力学有限元分析软件,对长径比为21的钨芯长杆弹高速斜侵彻匀质钢板进行了一系列数值模拟,得到了侵蚀杆式弹侵彻半无限靶板时弹靶系统的变化过程。理论计算及数值模拟均表明,带攻角侵彻时弹道轨迹向有利于穿透靶板的一侧偏转。通过对剩余动能、侵彻深度、剩余速度、穿透时间各因素的分析,得出了对长径比为21的钨合金杆式弹穿深有利的攻角范围为-0.2°δ0°,给弹丸设计及发射过程中的参数优化提供理论依据。     

金属花岗岩复合材料抗高速弹体侵彻试验研究

针对高速动能弹的侵彻现象,对高速动能弹的遮弹材料金属花岗岩复合材料(MGCM)开展了试验研究. 研究表明:MGCM具有抗拉、抗压、抗剪强度高、冲击韧性高等优点,具有较好的抗弹体高速侵彻能力. 其高强、高冲击韧性、内部极不均匀等特性使弹体在侵彻过程中受力环境极为恶劣,容易发生磨蚀、弯曲、破碎、解体、侵彻轨迹偏转等现象,是较为理想的遮弹材料.     

防暴动能弹侵彻性能的有限元分析

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了防暴动能弹侵彻靶板的有限元分析模型,并选取弹体材料、着靶速度、入射角度及弹体头部形状等参数,对模型进行数值分析,得出了各个参数对防暴动能弹侵彻性能的影响。最后,验证了所建模型的可行性。     

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.     

穿甲弹侵彻铝合金靶板数值模拟研究

在非线性显示动力分析有限元程序LS-DYNA中,采用Lagrange算法,靶板材料选择适合金属侵彻问题的Johnson-Cook模型和Gruneisen状态方程,建立了穿甲弹侵彻2519A-T87铝合金靶板的四分之一有限元模型.通过穿甲弹侵彻靶板的模拟结果,分析靶板在穿甲过程中的温度和剪切应力的分布及变化规律,为揭示铝合金的绝热剪切带的形成机理提供依据.     

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。     

钨穿甲弹对超音速反舰导弹发动机舱的毁伤效应

 为研究钨穿甲弹对超音速反舰导弹发动机舱的毁伤效应,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对钨穿甲弹以1000m/s着靶速度,侵彻速度为730m/s的来袭超音速反舰导弹的发动机舱进行了数值模拟,获得钨穿甲弹入射角、偏轴距离对毁伤超音速反舰导弹发动机舱的影响规律。计算结果表明,在钨穿甲弹能侵入发动机的前提下,偏轴距离相同的各工况,入射角较小的工况,钨穿甲弹侵入发动机后的剩余质量较大,但剩余速度较小;入射角相同的各工况,偏轴距离越小,钨穿甲弹侵入发动机后的剩余质量、剩余速度和剩余动能均越大。以钨穿甲弹剩余动能为毁伤能力评估标准,综合来看,在较小的偏轴距离、能侵入发动机的前提下,入射角较小的钨穿甲弹对来袭超音速反舰导弹的发动机舱毁伤效果较好。     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.     

高速弹丸侵彻靶板能力及影响因素的数值研究

为改进和提高穿甲弹的侵彻性能，给弹丸设计过程中的参数优化提供理论依据，利用非线性动力有限元分析程序，对高速弹丸侵彻均质靶板进行了数值模拟。通过对弹丸侵彻靶板各种影响因素的数值模拟以及对计算结果的分析表明，弹丸对靶板的侵彻能力不是取决于它的整体功能，而是当靶板参数和弹材固定时，可用弹丸初始横截面积比动能来标志，数值模拟结果与现有的经验公式符合很好。     

土中弹道的试验与数值模拟研究

弹丸在侵彻自然土壤过程中很容易产生弹道失稳现象,对弹丸的侵彻与毁伤目的造成很大的影响,因此,分析弹丸侵彻自然土壤的弹道特性是十分重要的。本文通过56式枪弹和125mm弹侵彻自然土壤的试验,得到了弹丸侵彻土壤的弹道轨迹图像,并对其进行了分析研究。其中发现弹丸侵彻自然土壤时,会迅速失去姿态稳定,在土壤中产生较大空腔,并增加与土壤的接触面积,增大阻力,使弹丸速度迅速降低,影响弹丸的侵彻深度。同时,根据试验条件,利用LS-DYNA建立了计算仿真模型,获得了弹丸在侵彻过程中的姿态和运动特征。计算获得的弹丸姿态与弹道特征与试验图像比较吻合,对弹丸的速度、位移和负加速度做了分析研究,表明数值计算结果具有较高的可靠性,可以为弹丸侵彻土壤研究提供参考。     

椭圆截面弹体侵彻混凝土阻力特性研究

为研究椭圆截面异构型弹体侵彻混凝土过程中的弹体头部受力特性,开展圆形及等截面积不同长短轴之比的椭圆截面弹体侵彻混凝土过程数值模拟计算,对不同弹体侵彻过程中头部表面所受法向应力与法向速度关系进行了分析.获得了不同长短轴之比情况下的椭圆截面弹体头部表面所受法向应力与法向侵彻速度、单元所在位置角度之间的关系表达式,并进一步得到了椭圆截面弹体侵深计算公式.结果表明:与等截面积的圆形截面弹体相比,在相同法向速度情况下,椭圆截面弹体表面所受法向应力大小随着头部表面单元位置到椭圆中心距离的增大而增大;在侵彻速度相同时,弹体侵深随着截面长短轴之比的增大而增大.      

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.     

不同头部形状弹体侵彻土壤过程研究

将弹体设为弹塑性,采用Johnson-Cook模型及Grunesien状态方程,靶体采用Soil_And_Foam模型,利用LS-DYNA非线性动力学分析软件,采用侵蚀接触算法,求解初速度为500 m/s的弹体侵彻靶板的动力响应时间历程。获取弹体侵彻靶板的深度、速度、加速度、能量变化曲线,对不同头部形状弹体垂直侵彻土体过程进行研究。仿真结果验证了Soil_And_Foam模型类似液体的性质,并且表明:三种不同头部形状的弹性弹体在500 m/s的初速度下侵彻泡沫土壤的深度差别不大。平头弹体的速度损失最快,剩余速度最小,动能的损失最多。     

活性芯体子弹对柴油油箱引燃效应及机理研究

针对传统惰性子弹对柴油油箱引燃能力不足的问题,提出一种活性材料填充钨合金子弹结构.基于12.7 mm弹道枪,开展了活性芯体子弹对柴油油箱引燃效应实验研究,结合子弹侵彻过程动力学理论分析,得到了弹芯结构、子弹与油箱碰撞位置对引燃效应影响规律,并揭示了活性芯体子弹结构对柴油油箱的引燃机理.研究结果表明,在装填等质量活性材料的情况下,子弹结构活性材料腔长径比越小,子弹实心段长径比越大,活性材料非自持反应释能更完全,燃油流体动压更显著,引燃效率更高;子弹作用油箱位置影响子弹与燃油作用时间,通过影响燃油内流体动压效应及活性材料点火时间,显著影响引燃效率;活性芯体子弹通过动能侵彻流体动压效应及活性材料化学反应释能的双重作用,使其对柴油油箱的引燃效率显著高于传统惰性子弹.      

平头弹贯穿陶瓷/金属复合装甲的分析模型

利用能量法建立平头弹贯穿陶瓷/金属复合装甲的分析模型.假定在贯穿过程中弹丸的动能被弹体、陶瓷板和金属背板3部分吸收.该模型考虑了弹体的销蚀与墩粗变形,陶瓷板的压碎与剪切破坏以及金属背板在不同厚度下的破坏模式.在给定的弹靶条件下,可以预测靶板的弹道极限及弹体的残余速度.模型计算结果与相关实验数据吻合较好.     

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。     

侵爆战斗部对典型建筑物的毁伤评估算法研究

应用毁伤评估理论与方法,搭建了可用于侵彻战斗部对混凝土建筑目标的毁伤评估系统.其中包含适用于混凝土建筑物毁伤评估的目标模型抽象数据格式架构,并给出了将此架构与建筑三维模型相关联的方法;以材料数据库、诸多经验公式及相关研究为基础,建立了战斗部建模与威力分析模块;基于层次分析法、毁伤树法等思想,建立了易损性分析模块.提出对侵彻、爆炸两个过程的近似模拟方法并在毁伤评估模块中实现.利用毁伤评估模块分析了打击瞄准位置、起爆位置、CEP半径对于毁伤效果的影响,可为相关研究提供参考.     

钨合金药型罩材料的大破孔聚能战斗部研究

为得到大尺寸破甲孔径,提出了采用钨合金作为药型罩材料的大破孔聚能战斗部设计方案. 以聚能装药射流成形及侵彻理论为基础,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究钨合金药型罩结构参数、材料组分及加工工艺对靶板的大孔径破甲的影响. 结果表明,采用粉末型钨合金为药型罩材料的聚能战斗部,在保证具有相同或略大的破甲深度的同时明显增大了破甲孔径.