基于冲击波理论的钻地武器极限侵深近似分析

为研究钻地武器的侵彻深度问题,采用一维冲击波理论推导了钻地武器撞地时的撞击速度;依据弹头材料的强度屈服,计算了钻地武器垂直侵彻不同介质的极限撞击速度。依据引信和装药结构的过载屈服,计算了导致引信和装药结构过载屈服时钻地武器垂直侵彻不同介质的极限撞击速度,并计算了引信和装药结构过载屈服时钻地武器垂直侵彻不同介质的极限侵彻深度。对于防护工程的设计和建设具有一定的参考价值。     

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。     

弹体材料参数对侵深影响规律数值模拟研究

 模拟弹侵彻靶板的物理行为研究强冲击波产生的高温高压复合环境下的材料物性,其力学行为极其复杂。本文以AUTODYN-2D/3D非线性动力学软件为仿真平台,采用逐个变量分析法,仅改变其中一个参数研究其对动能弹侵彻能力的影响。通过对模拟弹侵彻靶板力学行为的数值模拟研究,获得了剪切模量、屈服强度、硬化常数及硬化指数对侵彻深度的影响规律。数值模拟结果表明,剪切模量对侵深的影响并不明显;屈服应力对侵深影响最明显,当弹体材料屈服应力小于等于靶板材料屈服应力时,弹体在侵彻时发生严重变形而不能侵入靶板;硬化常数和硬化指数对侵彻深度也有较大影响,侵彻深度与硬化常数呈正比关系,与硬化指数呈反比关系。     

弹体垂直侵彻混凝土靶体的柱形空腔膨胀理论分析

采用统一强度理论作为混凝土材料的屈服准则,根据柱形空腔膨胀理论求得了混凝土靶体在弹体垂直侵彻下的空腔膨胀压力和空腔膨胀速度的关系,给出了柱形空腔膨胀条件下卵形弹体侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以400～1100m/s的速度撞击混凝土靶体的侵彻深度,通过和试验结果比较,表明提出的模型具有一定的合理性.进一步研究还表明,统一强度理论参数b、弹体质量和弹头形状对侵彻深度均有影响,b=0时侵彻深度较大,b=1时侵彻深度较小;弹体质量越大或弹头越尖,侵彻深度越大.     

弹体高速侵彻混凝土靶侵彻效率影响因素分析

为研究弹体高速侵彻混凝土靶体时,最大侵彻深度随弹体撞击速度的变化规律,定义侵彻效率为侵彻深度与速度的比值。针对一定的弹靶系统,通过实验数据和数值仿真研究了最大侵彻效率对应的弹体特征撞击速度。弹体撞击速度对侵彻效率的影响呈抛物线分布。随着速度的提高侵彻效率先增大后减少。侵彻效率达到极值前,随着速度的增大侵彻深度增加幅度很大。当最大侵彻效率对应的特征撞击速度增加约5%时,侵彻深度和侵彻能力最高。混凝土单轴抗压强度、弹头部形状系数、弹体长径比、弹体材料的强度及机械性能对侵彻效率的影响较大。     

弹体高速侵彻混凝土靶侵彻效率影响因素分析

为研究弹体高速侵彻混凝土靶体时,最大侵彻深度随弹体撞击速度的变化规律,定义侵彻效率为侵彻深度与速度的比值。针对一定的弹靶系统,通过实验数据和数值仿真研究了最大侵彻效率对应的弹体特征撞击速度。弹体撞击速度对侵彻效率的影响呈抛物线分布。随着速度的提高侵彻效率先增大后减少。侵彻效率达到极值前,随着速度的增大侵彻深度增加幅度很大。当最大侵彻效率对应的特征撞击速度增加约5%时,侵彻深度和侵彻能力最高。混凝土单轴抗压强度、弹头部形状系数、弹体长径比、弹体材料的强度及机械性能对侵彻效率的影响较大。     

活性射流侵爆耦合毁伤效应分析

为分析活性射流侵爆耦合毁伤效应,采用实验与理论相结合的方法对活性射流侵彻过程中爆炸效应的变化进行了研究.利用测压罐实验得到了活性射流侵彻不同厚度钢靶后的内爆超压特性,分析了侵彻靶板厚度对侵彻形貌以及内爆超压峰值的影响.并结合虚拟原点理论,建立了活性射流微元侵爆分析模型.结果表明,活性射流在测试罐内形成的超压具有峰值较大、作用时间较长、空间上分布均匀的特性,并且成型活性射流中存在未完全反应部分;活性射流的密度衰减使后续射流侵彻单位长度所消耗的射流质量大大增加,从而造成靶后内爆超压峰值随侵彻深度增加呈现抛物线衰减.利用模型可较好地描述活性射流作用目标时爆炸效应与侵彻深度之间的关系,为分析活性射流毁伤机理提供了帮助.      

基于SPH方法的不同材质射流毁伤性能研究

为研究不同材质射流的毁伤性能,使用AUTODYN有限元软件,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对Cu、PTFE、PTFE-Cu三种材料药型罩形成射流的成型及侵彻靶板过程进行了数值仿真,并通过实验进行验证.研究结果表明:Cu材料药型罩在爆轰波的作用下形成凝聚的射流,而PTFE和PTFE-Cu材料药型罩则形成飞散的粒子流;三种材料射流侵彻靶板过程中,Cu射流头部速度最低,侵彻深度最深,开孔最小;PTFE粒子流头部速度最高,侵彻深度最浅,开孔大小居中;PTFE-Cu射流的头部速度和侵彻深度都居中,而开孔最大;PTFE-Cu射流克服了PTFE射流侵彻性能不足的缺点,其开孔能力较之铜射流有所提高.      

基于LS-DYNA的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析

采用LS-DYNA的Lagrange算法,选择了适合金属侵彻问题的Johnson-Cook材料模型,建立了圆柱形破片侵彻钢质靶板的有限元模型。通过对数值运算的结果进行分析,得到了破片对靶板的动态侵彻过程及破片和靶板的变形和损伤、破片和靶板上的等效应力分布和选取单元的应力变化曲线;得到了破片在侵彻过程中的速度、加速度变化曲线。     

高速弹体对混凝土拱形靶体的侵彻效应分析

混凝土拱结构由于其拱形受力特性,在高速弹体作用下其侵彻效应将与混凝土板梁结构存在一定的差异.为分析混凝土拱结构在高速侵彻荷载作用下的动力响应及侵彻效应特性,考虑弹体侵彻高加载率下混凝土的应变率效应,采用SPH-Lagrange耦合方法,建立了弹体高速冲击作用下的侵彻耦合模型,并且验证了该耦合模型对此类问题模拟的可靠性;同时采用该耦合模型研究了混凝土拱形靶体在高速弹体外拱及内拱冲击作用下的贯穿破坏发展过程,并分析了弹体侵入拱形靶体的非贯穿侵彻破坏效应.结果表明:拱效应对混凝土拱形靶体的侵彻破坏过程具有重要的影响;弹体从外拱侵彻引起拱形靶体的动力响应、破碎区深度以及弹体贯穿的残余速度均小于内拱侵彻.     

入射角度在杀伤元侵彻速度测量中引起的不确定度

杀伤元在明胶体内的侵彻速度衰减量是评价杀伤元杀伤效应的重要技术指标。借助高速摄影机可以对明胶体内杀伤元的侵彻过程进行拍摄,从而获得杀伤元的速度变化规律。当杀伤元的入射方向与垂直于明胶体表面的弹道线存在一定的角度时,该入射角度会对杀伤元在明胶体内侵彻距离所占有的像元数个数引起偏差,影响杀伤元速度衰减量的计算准确度。建立了杀伤元入射角度与弹道之间的数学模型,并在此基础上分析了不同的入射角度与杀伤元在明胶体内侵彻速度测量偏差之间的规律,提高了杀伤元杀伤效应评价的准确度。     

选择电磁搅拌器电源频率的判据

通过分析连续铸钢电磁搅拌过程中由于涡流产生的磁集肤现象,推导出在某些特定条件下的涡流方程,以此引出电磁波传播过程的衰减常数k_1及透入深度h的表达式。通过模拟实验,对透入深度与电源频率的关系与搅拌区域内的液态金属的运动状态予以分析和讨论,为连铸生产中选用电磁搅拌器的电源频率提供了有价值的参考。     

平头弹低速侵彻黏土的数值模拟研究

为研究平头弹低速侵彻黏土规律,采用ANASYS AUTODYN程序对不同横截面积的弹体在不同初速度下侵彻黏土进行了数值模拟。侵彻深度和弹道的形状与试验结果吻合。对平头弹侵彻深度的分析结果表明:对同一型号弹体,最终侵彻深度与弹体初速呈线性关系,即侵彻深度随弹体初速增加而线性递增。在相同的侵彻初速度下,弹体直径每增加一倍,引起侵彻深度增量基本相同。     

强冲击载荷下多孔钛动态力学性能实验及数值模拟

对多孔钛在强冲击载荷下的动态力学性能进行了实验和数值模拟研究. 通过一级轻气炮分别对孔隙率为30%的试样以及孔隙率为20%的试样进行冲击加载,得到了多孔钛在强冲击载荷下的冲击压力与时间的关系以及其他相关数据. 实验测试结果表明,冲击压力会因试件中孔洞的影响而发生衰减;多孔钛的压力峰值没有产生应力平台,显示出了强烈的衰减特性以及应变率相关的黏弹性特性. 本文同时依据实验,利用有限元程序对多孔钛的平板撞击实验进行了数值模拟,所得到的压力-时间曲线以及其他重要参数与实验值吻合较好.      

球形弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应研究

为研究球形高速弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应,基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立经实验验证的充液油箱模型,其中将油箱模型沿弹丸速度方向的长度作为不变量,分析不同冲击速度、不同构型（球形、方形和柱形油箱）对弹丸速度衰减、液体压力变化及箱体前后壁板变形的影响。结果表明：油箱构型基本不影响弹丸速度衰减变化和液体压力变化;油箱构型对冲击波阵面的压力分布影响较小,而弹丸速度对冲击波阵面的压力分布影响较大,弹丸速度与冲击波压力峰值正相关;弹丸冲击速度较小时,球形油箱的抗毁伤能力更强,随着弹丸冲击速度的增大,不同构型油箱的抗毁伤能力趋于一致。     

气饱和土中弹性波的传播特性

为分析气体对干土中弹性波传播特性的影响,基于Biot理论推导了两相介质平面波动解,以及孔隙流体自由流动和孔隙无渗流两种极限情况下的波速公式.通过数值算例,分析了气饱和土中弹性波速度与衰减特性,并与水饱和土中的计算结果进行了比较.结果表明,低频下气体对干土中波传播的影响不大,但由于气体的高动粘滞性,高频时气体的作用不可忽略;气-固耦合作用比水-固耦合作用要弱得多,气饱和土体中P1波速度比在水饱和土中显著降低,P2波速度则有所提高,而衰减则刚好相反.     

一维平面爆轰波的周期推进模型

一维平面对称爆轰波的推进具有周期性.其冲击波前沿(该处未发生化学反应)对于波后是亚音速的,由于后续扰动不断追上而衰减.炸药微元被冲击波压缩和加热,经过延迟期,由快速放热而形成冲击波,称为"化学冲击波",追上原冲击波前沿,使之增强到初始强度,至此完成一个周期.