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.      

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶的理论分析

为了从理论上确定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏与剪切饱和的Mo-hr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料,将半无限混凝土靶在高速冲击下的响应分为弹性区、开裂区、孔隙压实区和密实区,建立了混凝土材料的准静态空腔膨胀理论,确定了靶板阻力,运用A-T模型进行了长杆弹高速侵彻半无限混凝土靶的理论分析.算例结果表明,侵彻深度的理论分析结果与实验结果具有较好的一致性.     

平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究

采用非线形有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,本文对平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切冲塞模式进行数值仿真分析,并与相关的平头弹穿甲Weldox 460E钢靶的试验数据进行分析比较。基于不同弹速下对靶板绝热剪切带带宽（Bandwidth of ASB）进行数值预测,讨论平头弹穿透金属靶板过程中ASB区域温度场的分布。结果表明：平头弹以不同速度侵彻一定厚度金属靶时,随着弹体速度的增大,ASB内温度变化率越大,绝热剪切局域化也越显著,数值仿真分析结果与试验数据吻合较好。     

弹体斜侵彻多层间隔混凝土薄靶姿态偏转机理研究

针对弹体斜侵彻多层间隔混凝土薄靶姿态容易偏转问题,建立了弹靶有限元数值仿真模型以及相结合的弹体姿态偏转理论分析方法,研究了弹体外形参数对侵彻单层薄靶姿态偏转角速率变化以及多层间隔薄靶弹道容易发散的物理规律. 研究结果表明,采用钝头大长径比弹体外形侵彻多层间隔薄靶弹道更稳定,弹体扩尾结构对弹道发散有明显抑制作用;在弹体姿态偏转性能缩比考核时,需对靶板厚度、层间距均进行等尺度缩比,实现缩比弹体在运动中所受阻力、力矩等物理量的等效.      

长杆弹侵彻半无限靶板流体动力学理论

 针对长杆弹垂直侵彻半无限金属靶板,基于侵彻流体动力学理论,研究结果和理论分析成果,从最简单的Bernoulli 方程出发,逐步推导、分析和讨论长杆弹垂直侵彻半无限金属靶板的相关理论。根据实验观察结果结合理论分析、数值仿真讨论了HTP模型的内涵、适用范围和局限性,给出了HTP 模型的基本假设;考虑靶板强度的影响,进而分析AR 模型的相关应用与内涵,并在此基础上讨论了弹体强度的影响,提出了改进的AR 模型,该模型是AR 模型向AT 模型过渡的一个模型,并讨论了该模型的适用性;结合数值研究和现有实验结果,分析了侵彻过程中弹体的速度特征,最后,分析了AT 模型的推导过程、内涵以及相关应用。HTP 模型是建立在9 个基本假设的前提下成立的,本文主要针对后两个假设,逐步释放其限制,从而逐步接近实际情况。     

模拟混凝土板侵彻问题的一种新算法

为了研究动能弹侵彻混凝土靶板的物理机制,采用改进的Youngs界面方法,得到了锥形动能弹侵彻混凝土靶板的数值模拟结果,靶板正面在弹体头部位置的压力峰值最大,靶板背面次之,其次分别是靶板内弹体近旁和距离弹体较远的点.侵彻过程不仅对轴向混凝土靶材料有压缩破坏作用,而且对其径向也有较大的挤压作用.随着侵彻过程的进行,弹体头部...     

弹丸侵彻钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板数值模拟

为研究钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板抗侵彻性能,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元计算软件,数值模拟了高速弹丸撞击钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板的过程,得到了弹丸侵彻靶板的速度、加速度变化曲线。通过分析不同弹速产生的弹丸速度及加速度的变化,得出不同初速条件下弹丸速度与时间的关系和加速度变化规律。该研究为组合遮弹板结构抗侵彻性能提供了理论依据,解决了过程计算的繁琐问题。     

头部加肋板弹体正侵彻/贯穿混凝土靶研究

针对头部加肋板弹体正侵彻/贯穿混凝土靶板的问题,进行受力分析并依此建立正侵彻理论模型.模型基于"开坑段+隧道段+剪切冲塞段"三阶段侵彻模型与空腔膨胀理论,对头部加肋板弹体与卵型头部弹体正侵彻/贯穿混凝土靶过程进行理论计算并做对比分析,且计算和对比分析了头部形状参数对头部加肋板弹体侵彻性能的影响.结果表明,带肋板型头部弹体贯穿剩余速度低,轴向过载大,侵彻能力比卵形头部弹体差,且增加肋板个数、宽度、小凸缘顶面圆直径或减少肋板高度均增加轴向过载,降低侵彻能力.     

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。     

截锥形动能弹低速侵彻装甲靶过载研究

 基于空穴膨胀理论,建立了截锥形动能弹低速侵彻靶板过载计算模型,获得了着速、弹头锥度及靶板材料强度等因素对过载的影响特性。计算结果表明,在截锥形动能弹低速侵彻条件下,着速对侵彻过载影响显著,但对过载作用时间影响不大;弹头锥度和靶板材料强度对侵彻过载及过载作用时间有重要影响,侵彻过载和作用时间随弹头锥度及靶板材料强度减小而降低。最后,通过实验验证了计算结果的正确性。     

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.     

约束机制对陶瓷复合靶抗弹性能的影响

为研究三维约束对陶瓷复合靶抗弹丸侵彻性能的影响,设计几种约束状态下的陶瓷复合靶板结构进行模拟 研究.利用LS-DYNA对约束状态下靶体的抗弹性能进行数值分析,得到靶体破坏与弹丸侵蚀特征以及弹靶侵彻过程中的速度、加速度和内能变化曲线.计算结果表明:不同材质的背板约束机制不同,纤维板做背板能够发挥较好的支撑作用;陶瓷面板侧向约束复合靶抗弹丸侵彻能力大大优于非侧向约束陶瓷;纤维板做盖板陶瓷复合靶板有较优的抗弹性能.     

陶瓷复合靶板抗长杆弹侵彻的数值模拟分析

采用LS-DYNA非线性有限元程序对长杆弹垂直入射陶瓷/金属靶板的侵彻过程进行了数值模拟分析.重点研究了弹体入射速度在600~1400 m/s情况下,陶瓷面板侧向约束的影响,发现侧向约束板存在最佳厚度,此时靶板的防护系数最高.     

玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层板抗破片侵彻贯穿研究

为研究环氧树脂玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层复合材料靶的抗弹性能,利用弹道枪发射钨合金球形破片撞击不同厚度的单层板及不同组合方式的夹层靶板.获得了不同入射速度下靶板的破坏形貌,通过高速摄影测得破片初速与余速,并利用上下调整速度法估算出靶板弹道极限速度,分析了结构特征对复合材料靶比吸收能的影响,在此基础上,对常用理论模型进行计算对比分析.结果表明:玻璃纤维抽拔、拉伸断裂是靶板吸收能量的主要方式;聚氨酯泡沫抗弹性能较差,作为夹层材料主要作用是防护冲击波;靶板的比吸能与面密度之间呈二次函数抛物线关系,而在相同面密度下,夹层板的吸能总体上是随着玻璃钢占比的增加而增强;THOR公式更加适用于这种材料夹层板的弹道极限计算.      

空心弹体垂直侵彻混凝土靶板的应变测试研究

提出一种新型的测量实验弹侵彻混凝土靶板过程中的弹体变形的测试方法.采用正向弹道技术,在空心弹体内壁粘贴应变片电桥电路和弹载存储器,测量、记录弹体的撞击变形行为,并通过地面计算机再现该过程.利用这种测试手段,在95 mm口径空气炮上进行了系列截卵形头部的35CrMnSi弹体以150～300 m/s的速度垂直侵彻无钢筋混凝土靶板的实验,成功测得应变时间历程曲线,并对应变曲线和侵彻过程弹体变形的对应关系进行了分析讨论.实验结果表明弹体在侵彻靶板的过程中,材料承受交替的压缩、拉伸变形.     

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.     

异型截面弹芯垂直侵彻半无限靶板

为研究非圆截面长杆弹的侵彻特性,对长径比为20的圆形、三角形、正方形截面的三种长杆弹对半无限靶的垂直侵彻进行数值模拟,通过已有的实验结果对仿真结果进行验证,并利用数值模拟拓展研究长径比为5、10、15的3种截面形状的长杆弹以及长径比为20的正五边形和正六边形对靶板的侵彻威力,结果表明:异型截面弹在大长径比、高着靶速度条件下具有更优的侵彻威力,其中正三角形截面弹在几种正多边形截面弹中侵彻威力更优;提出弹芯的截面形状因子H,并基于销蚀长杆侵彻模型Alekseevskii-Tate模型,建立了异型截面弹对半无限靶侵彻深度的计算公式.      

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。     

聚能射流侵彻过程的相似律及其在数值仿真中的应用

利用相似理论分析了聚能射流侵彻钢靶板过程,建立了相关的相似律模型,得到了相应的相似参数.对聚能射流侵彻钢靶板的过程进行了数值计算,结果表明,相似律模型提出的侵彻相似率在聚能射流侵彻钢靶板的过程中成立.将相似律模型用于数值仿真计算中,可以在保证精度的条件下,减少计算量,缩短计算时间,降低计算成本.     

平头弹对接触式双层靶板破坏模式的研究

本文是研究接触式双层靶板对平头弹的抗侵彻性能,实验发现接触式双层靶的弹道极限高于相同厚度的单层靶,认为提高其弹道极限的原因是发生较大的弯曲变形,需要耗散更多的能量,塞块增大靶板的有效厚度。以能量守恒定理及Chen和Li模型为理论基础,提出平头弹贯穿接触式双层金属靶后的剩余速度的计算公式。在穿甲过程中,考虑塞块对终点弹道性能产生的影响,对相关的平头弹穿甲Weldox 700 E系列钢靶的试验数据进行分析比较。