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.     

起爆方式对智能雷战斗部毁伤概率的影响

为了提高智能雷对坦克目标的毁伤概率,在应用LS-DYNA有限元软件模拟智能雷多爆炸成型弹丸MEFP(multiple explosively formed penetrator)战斗部形成过程的基础上,分析了采用中心点起爆和多点起爆方式MEFP战斗部在爆轰载荷作用下的成型规律,建立了2种起爆方式下智能雷战斗部毁伤数学模型,编制了智能雷战斗部攻击坦克顶甲的仿真程序,仿真得出了2种起爆方式下智能雷战斗部的毁伤概率。结果表明:起爆方式对智能雷毁伤概率的影响与MEFP战斗部子装药设计有关。进行智能雷战斗部设计时,需要针对不同距离目标选择设计战斗部子装药的个数,并采用相对应的起爆方式,才能有效地提高智能雷毁伤概率。     

炸药材料特性对整体式MEFP成形的影响

为提高整体式多爆炸成形弹丸（MEFP）毁伤能力,采用LS-DYNA数值仿真软件对不同炸药材料下整体式MEFP成形过程进行了仿真研究,并对采用B炸药的战斗部进行了地面静爆验证试验,试验结果和仿真结果吻合较好.研究表明随着炸药材料密度、爆速和爆压的增加,中心弹丸速度和长径比都得到大幅提高,中心弹丸侵彻能力增强;周边弹丸外形则由球形逐渐向长杆形发展,弹丸气动性减弱.炸药材料参数与毁伤元成形参数间呈抛物线变化规律,故可根据具体目标选择合适的炸药材料,以提高对目标的毁伤概率.     

药型罩参数对EFP成型性能影响的灰关联分析

为了分析药型罩参数对爆炸成型弹丸(EFP)形成的影响,采用数值模拟方法计算出18种不同方案下EFP成型后的性能参数,基于灰理论对EFP战斗部药型罩参数和成型性能参数进行了灰关联分析,得到了影响EFP性能参数的关联度矩阵,利用关联度矩阵指导了EFP战斗部的药型罩参数选择设计。数值仿真结果表明：影响EFP速度的主要因素依次为药型罩维角、材料密度、壁厚,影响EFP长径比的主要因素依次为药型罩材料密度、锥角、壁厚,而且基于灰关联分析结果设计的40 mm EFP战斗部,可以形成高速且具有良好气动外形的EFP,利于提高战斗部毁伤性能。     

优化设计多模战斗部球缺型药型罩结构

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用中心点起爆和环形起爆的方式,对多模战斗部球缺型药型罩进行结构优化设计。选取球缺型药型罩结构参数曲率半径和壁厚仿真进行仿真计算,并对计算结果进行了Matlab三维作图分析。找出了形成多模毁伤元EFP和JPC最优区间所对应的药型罩结构参数范围,其中药型罩曲率半径取0.7～0.9倍装药口径。药型罩壁厚取0.40～0.56倍装药口径。进行了多模毁伤元成型试验研究,试验结果与仿真结果较一致,为今后进一步研究多模战斗部提供了参考依据。     

带尾翼爆炸成形弹丸成形机理初探

爆炸成形弹丸装药采用3点起爆,运用爆轰波理论和数字模拟对3点起爆的爆轰机理和带尾翼爆炸成形弹丸的成形机理进行研究.研究结果表明：3点起爆后,爆轰波相互作用而形成超压.正是由于超压的形成,使得药型罩表面受到非均衡爆轰载荷作用,在有超压作用的药型罩的区域压合程度小,最终形成了带尾翼的爆炸成形弹丸.最后采用实验对数值模拟结果进行了验证.     

起爆方式对聚能射流性能影响的数值分析

应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对聚能装药在点起爆、面起爆、正向环形起爆和逆向环形起爆等不同起爆方式下的射流形成过程进行了三维数值模拟.计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响;不同的起爆方式在装药中产生不同的爆轰波形,当爆轰波波形与药型罩外表面越接近时,罩微元的压垮速度越高,导致射流头部速度越高;环形起爆形成的射流头部速度高于面起爆的,面起爆高于点起爆的,并且随着起爆直径的增大,面起爆与环形起爆所形成的射流头部速度逐渐增大.     

不同着角下爆炸成形弹丸对坦克发动机等效靶的毁伤效应

针对坦克发动机在爆炸成形弹丸（EFP）作用下的毁伤效应问题,对典型坦克发动机及其防护结构进行了结构等效设计,开展了不同着角下EFP对发动机等效靶的侵彻实验,并结合LS-DYNA软件分析了不同着角下EFP对防护板（钢质）的侵彻作用,获得了发动机等效靶的破孔尺寸、毁伤面积以及EFP穿靶后的剩余动能.研究结果表明:随着角的增大,钢靶的破坏面积增大,对发动机结构（铝箱）毁伤效果呈现减弱趋势;实验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真的有效性;EFP对钢靶最大破坏尺寸随着角增大呈上升趋势,EFP贯穿钢靶后的剩余动能随着角增大呈下降趋势;当着角α ≥ 57°时,爆炸成形弹丸不能穿透钢靶,无法对铝箱造成毁伤.      

药型罩壁厚对周向MLEFP成型影响的数值模拟

为提高防空反导弹药和反轻型装甲目标弹药的毁伤效能,提出了一种新型周向多线性爆炸成型弹丸(MLEFP)战斗部结构。在应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟MLEFP战斗部形成过程的基础上,分析了药型罩壁厚对周向MLEFP成型的影响规律。结果表明,在爆炸载荷作用下,新型周向MLEFP战斗部结构能够在4个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸(LEFP),具有命中精度高、毁伤概率大、后效显著的特点,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲目标的目的,当药型罩壁厚与装药直径比取为0.05≤δ/D≤0.062时,形成的LEFP速度高、密实度好、毁伤效能好。     

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.     

非圆截面结构抛撒稳定性数值模拟

为分析初始速度、初始偏转角与质心位置对非圆截面结构抛撒稳定性的影响,利用Fluent程序,对结构在抛撒过程中的质心轨迹与旋转角进行了数值研究. 结果表明:质心径向的最终旋转角随初始抛撒速度的增加呈负指数衰减;在不同结构攻角条件下,质心径向和轴向旋转角均随着初始轴向偏转角的增加而减小,且质心径向偏转角降低速率相对较慢;结构攻角的增加在加剧径向偏转量的同时,削减了轴向偏转量;结构初始攻角与径向的偏转对质心轴向旋转影响不明显.     

岩石类介质SHPB试验加载波形的数值分析

采用基于细观损伤力学基础而开发的动态岩石破裂过程分析系统RFPA2D对大直径SHPB装置中压杆的应力波弥散效应进行二维数值分析,讨论了矩形应力脉冲和三角形应力脉冲两种加载波形对弥散结果的影响.结果表明,基于细观损伤力学基础而开发的动态岩石破裂过程分析系统RFPA2D能够较真实地模拟SHPB试验中波形传播过程;在大直径SHPB实验技术中,由于压杆的横向泊松效应,波形在传播过程中的弥散现象明显;选择合适的加载波形可以有效降低SHPB装置中应力波的弥散效应,其中三角形波加载可以降低大直径SHPB动态测试中的应力波弥散,是岩石混凝土等非均匀材料SHPB动态测试的较理想加载波形.     

二级抛撒火箭子母弹散布场及弹道特性分析

针对子母弹的散布场及子弹飞散过程,使用Gurney公式的修正公式计算中心药管式二级抛撒机构的径向抛撒速度。对二级子弹进行受力及运动分析,建立无旋子弹的3D弹道方程组。使用二级子弹等比例模型风洞实验测量值计算二级子弹气动力参数,为弹道及落点散布计算提供数据支持。使用VC++编写子弹弹道及落点散布程序;得出亚音速抛撒时,随着一级子弹弹道倾角的减小,单枚一级子弹的散布场向正圆变化且二级子弹的横向及射向速度迅速衰减至零,纵向速度衰减至某一值后趋于稳定,二级子弹进入稳定的垂直下降阶段。     

孔型及倾斜角对穿孔叶片气动和噪声特性的影响

针对叶片尾缘穿孔对气动及噪声特性的影响,基于NACA65019叶片,在雷诺数Re=2×105条件下,采用大涡模拟和FW-H方法研究孔型和倾斜角对叶片气动特性、绕流流场和噪声特性的影响规律,并选择降噪效果较好的穿孔模型应用到小型轴流风机上,对穿孔风机进行试验。结果表明：当穿孔倾斜角为30°时,在一定攻角范围内(α≤10°),圆柱型穿孔叶片气动性能最接近原始叶片,并且该穿孔叶片总声压级降低可达9 dB。这是由于穿孔叶片有效抑制了涡量沿叶片表面法向的发展,加速了尾缘涡沿流动方向的能量衰减,且穿孔形成的射流使大尺度的涡破碎形成小尺度的涡,衰减波动力,降低了气动噪声。     

侧向支柱对冲压增程弹用进气道性能影响研究

结合分区对接网格技术和二阶精度区域分解算法,对某冲压增程弹丸进气道在不同来流攻角和不同侧向支柱形状工况下的内外复杂流场进行了数值模拟.得到了临界工况下超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构,分析了流场结构特性和激波波系结构.当进气道扩压段有侧向支柱存在时,进气道总压恢复系数和动能系数均有所降低,而流场畸变指数则显著增大.在三种形状侧向支柱中,采用两端削尖支柱形状的进气道的性能最优.攻角的存在也在一定程度上降低了进气道性能.     

基于接触理论的弹体偏航机理

为了从本质上揭示弹体偏航作用机理,在已有弹塑性接触模型的基础上,运用接触理论和撞击理论,推导了接触刚度和恢复系数,建立了弹体与异形体弹塑性碰撞的宏观本构关系。进一步导出了弹体与异形体碰撞的攻角和角速度表达式,计算分析了弹头与异形体曲率半径比、弹体命中速度及入射角等因素对弹体攻角和角速度的影响规律。结果表明,异形体曲率半径越大,弹体攻角和角速度越大;弹体攻角随速度增大而减小,而角速度随速度增大而增大。     

船尾装药结构对侵彻体性能影响的仿真研究

为获得船尾装药结构对侵彻体性能的影响规律,该文运用LS-DYNA仿真软件计算了船尾装药结构形成侵彻体的过程;采用中心点和环形多点同时起爆的方式,通过改变船尾结构参数对比分析了侵彻体性能变化规律,得出船尾装药半径和倾角对侵彻体性能参数的影响规律,定量提出了船尾装药结构的基本设计原则.研究表明,船尾装药的设计优于一般装药结构;船尾半径及倾角设计存在最优值,最佳船尾半径约为装药半径的40%,最佳倾角约为45°.     

准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应特性实验研究

为了探寻在准等熵加载下炸药的起爆响应特性和爆轰成长规律问题,利用磁驱动加载设备CQ-4装置和多路光子多普勒测速技术PDV,建立了炸药1维准等熵加载起爆响应试验测试系统.在1次准等熵加载下获得5个不同厚度的高聚物粘结炸药PBXC03响应背面粒子速度时间历史,得到炸药准等熵加载起爆爆轰成长特性.实验结果表明,获取的各个厚度炸药样品背面的粒子速度波形干净,细节清楚.准等熵加载进入炸药后,在传播的过程中首先由于波的追赶作用而形成前导冲击波.而且,准等熵加载下起爆机制与冲击起爆机制存在明显的差异,准等熵加载在较强冲击波形成前,热点形成较少,炸药几乎不发生反应;形成较强冲击波后,炸药响应表现为由热点机制主导的冲击起爆爆轰成长特性.