活性破片终点毁伤威力试验研究

针对活性破片终点毁伤威力问题,采用试验研究的方法,分析了活性破片的击穿能力、引燃能力和引爆能力. 结果表明,2.5 g活性破片在870 m/s以上碰撞速度条件下,能可靠击穿8 mm厚LY12硬铝,侵孔直径约为自身直径的1.6~2.0倍;10 g活性破片以大于800 m/s左右速度击穿10 mm厚LY12硬铝板后,可靠引燃航空煤油;10 g活性破片以大于960 m/s左右速度击穿6 mm厚A3钢板后,可靠引爆战斗部装药. 结合活性破片击穿能力可知,活性破片贯穿一定厚度靶板并达到其起爆阈值,就能引燃燃油或引爆装药.      

PTFE/Al活性破片碰撞三层间隔靶冲击响应行为

为研究PTFE/Al活性破片多次碰撞下冲击响应行为,开展了活性破片碰撞三层间隔铝靶实验并采用包含自定义状态方程的数值方法进行模拟,定量分析了活性破片冲击激活反应行为的时空分布与毁伤效应.结果表明,数值模拟中活性破片反应与空间分布情况与实验结果具有较好一致性,活性破片反应空间分布对中靶毁伤效果影响较大.中靶厚3.0 mm时,各碰撞速度下活性破片均主要于中靶前方发生反应;中靶的穿孔面积与隆起范围随着碰撞速度增加而增大,且靶板隆起范围远大于穿孔面积.中靶厚1.5 mm时,碰撞速度小于等于1 100 m/s时活性破片主要于中靶后方发生反应,碰撞速度提升至1 300 m/s后破片的主要反应位置转移至中靶前方;随着碰撞速度增加,中靶的穿孔面积呈先增大后减小趋势,隆起范围不断增加.     

钨锆合金破片对钢板屏蔽燃油的穿燃实验

为研究钨锆合金破片对钢板屏蔽燃油的引燃机理. 进行了常用储油罐结构分析,设计了储油罐模拟靶标,进行4种不同类型的Φ6 mm×6 mm钨锆合金破片对屏蔽燃油的穿燃实验,通过高速录像获得油气混合物的引燃过程. 实验结果表明4种钨锆合金破片以800~1 600 m/s的撞击速度均可击穿6 mm厚Q235钢板后引燃0#柴油表面的油气混合物,却难以引燃柴油;钨锆合金破片对油气混合物的引燃效果与破片钢板后的释能特征和油气混合物分布结构相关.     

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.     

破片对聚能装药战斗部冲击引爆数值模拟分析

针对二次破片引爆车内弹药毁伤效能难评估问题,分析了基于热点学说的冲击引爆临界速度准则. 利用数值模拟方法,以反应度为引爆判断参数,进行了冲击引爆过程中炸药内部压力与状态分析,验证了热点引爆学说;得到了聚能装药撞击位置、破片尺寸、破片材料等参数对冲击引爆影响规律,直径相同时,柱形破片的临界起爆速度比球形破片低;聚能装药残余弹体或二次破片完全有可能引爆车体内弹药,从而导致严重的二次效应,钢质破片有效尺寸约14 cm、速度约1800 m/s,或者钨质破片有效尺寸约14 cm、速度约1500 m/s就能发生冲击引爆.      

高速碰撞下二次破片光滑粒子流体力学法数值模拟

采用AUTODYN-2D无网格光滑粒子流体力学方法(SPH)数值技术,对遭遇速度为1.5～2.5 km/s下圆柱钨弹丸垂直碰撞装甲靶板产生的二次破片云分布特征进行了数值模拟,获得了不同碰撞速度下靶板穿孔直径及破片云前端运动速度、侧向膨胀速度和最大飞散角等分布特征.在此基础上,建立了二次破片云质量及空间分布预测模型.结果表明,数值模拟和模型预测均与实验结果相吻合.     

预制破片对屏蔽炸药冲击引爆研究*

针对破片斜冲击状态下引爆屏蔽固体炸药问题开展了研究。从理论上建立了与冲击角度相关的冲击压力计算方法。结合炸药起爆判据,可确定炸药冲击起爆的临界速度。采用Lee-Tarver点火增长模型和LS-DYNA仿真软件,对破片斜撞击屏蔽装药冲击起爆过程进行了数值模拟。利用升-降法确定了临界起爆速度,验证了理论模型的有效性;并分析了破片材料、入射角和靶板厚度对冲击起爆JO—9195固体炸药临界速度的影响。结果表明:理论计算和数值模拟误差不超过5.98%,吻合较好,表明所建立的理论计算方法是有效的。在相同条件下,钨合金破片相对于钢质和铜质破片临界起爆速度低;随着入射角和靶板厚度增加,冲击起爆的临界速度也随之增大。     

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.     

活性破片能量输出特性实验研究

针对活性破片毁伤威力评估问题,提出了一种动态测量活性破片能量输出特性的方法,采用弹道发射的方式,实验测量了3种不同配方活性破片的能量输出特性.结果表明,活性破片在强碰撞载荷作用下会发生爆炸性反应并释放大量化学能,能量释放率与碰撞速度密切相关,当活性破片以约1500m/s的速度与目标碰撞时,所释放的化学能约为动能的5倍, 大幅提高了毁伤目标的能力.     

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.     

装药背板对破片冲击引爆的影响研究

为研究背板对破片冲击起爆屏蔽装药的影响,运用数值仿真方法分析了破片冲击起爆有无背板装药的情况. 数值仿真表明,由于背板对冲击波的反射作用使背板附近处冲击波压力幅值增加,从而使装药的临界起爆速度下降. 随着装药厚度的增加,背板对于装药的冲击起爆影响逐渐下降;背板材料对于反射冲击波幅值有所影响,但不同背板材料间装药临界起爆速度相差并不大.     

含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究

基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析.分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响.结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好.由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能.     

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。     

Zr77.1Cu13Ni9.9非晶合金破片侵彻LY12铝合金及TC4钛合金靶板毁伤后效及机理对比研究

锆基非晶合金是极具发展潜力的含能结构材料,由其制备的破片侵彻不同材质装甲时,会表现出显著不同的毁伤效果.本研究中利用弹道枪发射装置,针对Zr_77.1Cu₁₃Ni_9.9非晶合金破片,以1 200 m/s速度分别侵彻8 mm厚LY12铝合金和TC4钛合金屏蔽靶,结合高速摄影技术比较了破片碎裂形成碎片云并造成毁伤后效的过程;同时基于FEM/SPH自适应耦合法,再现了破片对两类屏蔽靶开坑、稳定侵彻、穿透等系列阶段,以及碎片云形成的复杂物理过程,揭示了其对后效靶的毁伤机理.结果表明,由于TC4钛合金相比LY12铝合金具有更高的强度,穿透TC4屏蔽靶所需的时间更长,且靶板内最大等效应力是后者的3倍左右;破片在侵彻TC4屏蔽靶时与靶板间发生了更强的相互作用,使得破片前端出现更大面积的高应变区域,由此导致破片发生了更严重的破碎并产生分布范围更大的碎片云,从而在后效靶上产生更大面积的损伤.     

钨合金球形破片侵彻DFRP靶板的试验研究

为研究钨合金球形破片对DFRP靶板的侵彻规律,利用弹道枪动加载设备,研究了两种质量的钨合金球形破片对不同厚度DFRP靶板的侵彻. 根据弹道试验结果,获得了弹道极限速度和靶板面密度的关系,并利用量纲分析法得到了弹道极限速度的经验关系式,其预测值与试验结果吻合较好;分析了DFRP靶板在钨合金球体高速撞击下的主要破坏模式及细观吸能机制,并且获得靶板面密度和钨合金球形破片的初始撞击速度对弹道吸能的影响规律.      

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.