高速/超高速侵彻的尺度效应及相似规律

基于量纲理论建立了高速/超高速侵彻相似律的一般形式,研究了不同速度下撞击缩比试验与原型试验的尺度效应及起因,通过对国内外已有试验数据进行分析,揭示了尺度效应对高速/超高速侵彻的影响规律,认为材料的率相关性、破坏的发生和发展、热传导、转动和重力等因素影响了几何相似律的应用.其中,热传导与重力对侵彻过程的几何相似律影响较小.如果严格控制实验条件,在不改变弹靶材料的条件下,使应变率的影响、弹体破坏和转动不起主要作用,高速/超高速侵彻过程的几何相似律近似成立.     

钻地模型弹对岩石模拟材料二次侵彻试验

我国现行规范中所采用的侵彻公式是建立在一般弹种基础上的,它是否适合于新型钻地弹种?为探索该问题,以相似准则为基础,应用量纲分析法建立了比例侵彻深度同弹体参数、岩石参数的函数关系,并通过对模型试验数据的统计分析,给出了钻地弹在岩石介质中侵彻的新的经验公式,并在此基础上得出了钻地弹在侵彻爆炸后损伤岩石介质中的二次侵彻公式.     

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.     

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。     

配筋混凝土受弯构件的协调相似准则研究

为了准确地在结构模型试验中获得原型结构的全部力学特性,应在模型设计和制作中考虑结构非线性行为的发展.对于部分预应力混凝土受弯构件,本文提出了部分预应力混凝土受弯构件综合考虑承载力、挠度和预应力相似的协调相似准则,并分别按承载力相似和协调相似准则设计模型构件,进行了部分预应力混凝土简支梁四点弯曲有限元模拟分析.结果表明,两种相似模型对承载力均有较好的模拟效果,平均误差为1.23%;但对模拟变形方面,协调相似模型比承载力相似模型更准确,平均误差减小6.38%.进一步将部分预应力混凝土受弯构件协调相似准则拓展应用于配筋混凝土受弯构件,提出了适用于配筋混凝土受弯构件模型设计的协调相似准则并给出取值依据.以钢筋混凝土简支梁为例,根据配筋率相似、承载力相似以及基于挠度相似准则分别设计模型构件,进行简支梁四点弯曲试验及有限元分析.结果表明,基于挠度相似的模型设计方法相对于其他两种方法,获得的挠度测试结果与原型的相似程度最高;基于挠度相似的模型设计方法和基于承载力相似的模型设计方法在承载力方面相似程度接近,平均误差约6.67%,均好于基于配筋率相似的模型设计结果.由此说明提出的配筋混凝土受弯构件模型协调相似准则的准确性.     

多层冷弯薄壁型钢结构气弹性模型的设计与制作

气弹性模型是研究结构风致响应试验的基础。为进行多层冷弯薄壁型钢结构的风致响应试验,对某4层冷弯薄壁型钢结构气弹模型的设计、制作、模态测试过程进行了详细论述。首先在有限元中建立结构原型,给出气弹性模型设计需要满足的相似准则,然后设计建立气弹性有限元模型,最后对制作出的气弹性模型进行模态测试试验。结果表明:有限元中气弹性模型前3阶频率与原型接近,振型基本相同,主要参数均满足相似准则;制作的气弹性模型主要频率、阻尼比、振型都与原型基本吻合,验证了模型制作的合理性。     

岸桥结构振动台-模型试验与原型对比的研究

基于振动台试验,研究缩尺模型与原型的相似关系以及如何由模型反应正确推导原型反应.对缩尺模型进行地震模拟试验,采用Abaqus分别对原型和试验模型进行有限元建模并进行地震响应分析.研究分析原型结构的计算值与由振动台-模型试验实测值按相似比尺推导出的原型地震响应值,通过原型与试验缩尺模型的频率、结构关键测点的加速度、位移、应力等的对比,验证了模型与原型相似关系的准确性.研究结果表明,振动台-模型试验可以真实地反映岸桥原型结构的地震响应,可为大型起重机结构缩尺模型的设计及后续的地震试验研究提供了参考.     

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.     

聚能杆式弹丸侵彻混凝土靶计算分析

根据已有的研究成果和理论,对聚能杆式弹丸侵彻混凝土靶问题进行了计算分析.首先,根据材料状态随撞击速度的变化规律,建立了聚能杆式弹丸侵靶过程中的侵彻模式的判别准则.其次,基于静态球形空腔膨胀理论求解出混凝土靶体的强度参数,并将其应用于侵彻模式的判别.最后,采用量纲分析方法对高速弹丸侵彻厚靶的经验模型进行分析,并在前人研究成果的基础上建立了聚能杆式弹丸侵彻混凝土靶的经验公式.     

动能弹侵彻机场跑道的数值模拟

采用LS-DYNA软件,对动能弹侵彻机场跑道的过程及混凝土的性质对侵彻效果的影响进行了有效的数值模拟,得到了一定结构下动能弹侵彻机场跑道的侵彻深度、各层的穿透速度等特征.混凝土的性质决定了侵彻深度及破坏范围的大小.结果表明:随着混凝土弹模的增加,动能弹侵彻机场跑道深度有增加趋势,侵彻深度的增加,使得弹药爆炸时,跑道破坏的范围增加;而且随着混凝土弹模的增加,混凝土层的抗侵彻能力增强,研究结果对机场跑道的设计及要采取的抢修措施具有重要意义.图8,参12.     

弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律理论研究

为研究弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律,分别用修正的Mohr-Coulomb破坏准则和Gruneisen状态方程描述高速侵彻下混凝土材料的屈服行为和弹体材料的体积变形,并考虑弹体材料的侵蚀效应,建立了弹体正侵彻半无限混凝土靶的运动方程和混凝土响应描述方程.理论模型的数值解表明,当着靶速度较高时,混凝土的破坏特性和弹体的可压缩性对侵彻效果有较显著的影响.所发展的理论模型能够较好地预测高速弹丸的侵彻特性.     

基于修正空腔膨胀理论的随进弹丸侵彻规律分析

针对串联随进战斗部中弹丸对预开孔靶的侵彻性能,基于经典的空腔膨胀理论解析模型,建立修正的空腔膨胀理论模型,对不同尺寸预开靶孔的弹丸随进性能进行了分析. 研究结果表明,预开孔深对改善弹丸综合侵彻性能有一定的限制,尽可能提高预开孔径是提高随进弹丸侵深、降低过载的有效方法. 所建立的解析模型得到实验的验证.     

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.     

侵蚀弹超高速撞击岩石类材料的成坑效应

为了研究超高速弹体对岩石类材料的撞击机理,在分析岩石类材料侵彻近区拟流体特征的基础上,利用不可压缩理想流体的伯努利方程,考虑弹体侵蚀破坏过程中的强度变化和靶体破碎介质的反向喷射,建立了成坑效应计算模型,通过实验对比验证了模型的合理性,并分析了影响成坑效应的主要因素。分析表明:侵彻深度随着撞击速度呈现增大—逆转—趋向极限的变化规律,弹坑半径则随撞击速度的提高而增大;靶体材料的动力硬度对侵彻深度的影响不大,但对弹坑半径影响较大;当撞击能量相同时,不同长径比弹体造成的弹坑体积相同。     

基于侵深公式的弹冲击混凝土目标的计算方法

为利用终态侵深公式得到弹冲击混凝土目标过程中的瞬态量,根据实验现象及测试结果,借鉴Young氏方法的思路,提出一种"线性加速度模型"计算方法.利用该方法对侵彻弹冲击多层混凝土薄靶板及半无限厚混凝土目标分别进行了计算,并与前人的计算方法进行了对比.结果表明,该方法计算所得结果与实验结果一致,可为防护工程或武器设计提供理论和方法的参考.     

弹体结构局部响应放大的现象研究

针对弹体装药安全性问题,开展弹体侵彻混凝土靶过程中装药动态响应机理的研究。结合实际弹体结构的典型特征,建立了含间隙结构装药非线性响应理论模型,通过理论分析计算揭示不同间隙或不同载荷频率下结构的局部响应放大现象;采用有限元数值模拟方法验证理论计算结果的正确性;设计了振动台试验进一步验证理论与模拟仿真的结果的真实性。通过理论、数值模拟与实验相结合的方法,研究了低强度载荷作用下装药点火与起爆现象的内在机制。研究结果表明弹体在逐层侵彻多层混凝土靶时,弹体结构产生的振动对弹体力学响应、装药安定性有着较大影响,弹体结构存在一定的振动响应放大现象。     

弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度研究

研究弹体侵彻靶板的开坑深度,有助于提升侵深和过载的计算精度.首先,通过总结对比现有的开坑深度模型以及试验数据的回归分析,建立了考虑弹体质量和初速度的开坑深度模型.然后,以此为基础给出了弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度的计算方法.最后,结合作者早前建立的钢筋混凝土动态球形空腔膨胀理论,利用文献试验数据对开坑深度模型进行了应用对比分析.本文模型考虑了弹体质量、初速度以及首层钢筋网埋设深度等因素的影响,可用于分析不同质量、不同初速度弹体侵彻钢筋混凝土靶的开坑深度.      

弹丸侵彻混凝土和钢筋混凝土的实验

实验用100 mm反坦克滑膛炮分别对混凝土靶和钢筋混凝土靶进行了射击,直径100 mm,长666 mm的卵形头部弹丸内部固定有一套加速度记录仪,以便测试并记录侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时程关系.研究发现侵彻混凝土和钢筋混凝土过程弹丸的加速度时程曲线可按其本身的规律划分为3个部分,各个部分代表了弹丸与靶体作用的不同阶段.侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度规律基本相同,但加入钢筋后靶板的结构更加复杂,使得侵彻过程中弹丸的加速度震荡更加剧烈.侵彻深度和靶板局部破坏实验结果表明,钢筋混凝土比混凝土抗侵彻能力强,有较强抗二次打击的能力.     

侵彻弹体局部结构优化设计方法

 针对侵彻弹体结构优化设计中存在的主要问题,提出了一种侵彻弹体局部结构自动优化方法,实现了侵彻弹体结构设计方案初步优选和关键局部结构自动优化.采用基于DOE分析的材料参数调试方法,调试获得了弹体侵彻混凝土数值模拟所需全部参数,并进行了试验验证.结果表明,材料参数在精度上满足要求;对某型弹体的头部进行了自动优化,优化结果可使弹体头部设计更加合理,弹体所受阻力减小,过载变小,靶后余速变大,侵彻能力变强.