小口径聚能装药对反应装甲引爆效应数值模拟

基于AUTODYN-2D非线性动力学分析平台,对小口径聚能装药引爆典型爆炸反应装甲的力学和化学作用行为进行了数值模拟,得到了装药口径、药型罩锥角、药型罩壁厚和炸高对射流头部速度和起爆参量的影响规律.通过对射流作用爆炸反应装甲的引爆现象和夹层炸药中各点处压力变化进行特性分析,提出了综合判定爆炸反应装甲夹层炸药是否起爆的有效方法.研究结果为反坦克串联聚能战斗部前级装药设计提供参考.     

低密度材料用于串联战斗部可行性研究

为研究浮法玻璃、合成树脂和有机玻璃3种低密度材料用于串联战斗部前级药型罩的可行性,用Autodyn-2D对3种低密度射流的成型以及对爆炸反应装甲的引爆过程进行了数值模拟.结果表明,与铜射流相比,低密度射流在同等条件下具有更高的头部速度,更大的射流直径以及良好的延展性,并能够快速而且有效的引爆爆炸反应装甲内的装药.初步验证了3种低密度材料用作串联战斗部前级药型罩材料的可行性.     

聚能战斗部壳体与装药匹配性试验研究

针对聚能战斗部设计过程中常见的有隔板装药在带金属钢壳后破甲穿深明显下降、穿深稳定性变差的问题,采用爆炸产物一维膨胀流动模型,分析了作用于药型罩的爆炸载荷影响射流形成和破甲威力下降的原因。对有隔板聚能战斗部在带钢壳后的装药结构参数进行匹配性设计,通过试验验证了带壳后聚能战斗部的破甲威力。结果表明,装药匹配性设计后,带壳聚能战斗部的破甲威力已与无壳时的水平相当,达约10倍装药直径;相比较其穿孔直径增大20%以上,使相对应的射流穿孔容积提高了40%。可见,装药匹配性设计既解决了聚能战斗部带壳后的穿深下降等问题,又提高了射流对装甲目标的破甲/毁伤后效。     

命中位置对引爆重型爆炸反应装甲影响数值模拟

主要针对聚能战斗部引爆重型爆炸反应装甲问题开展研究,采用前处理软件TrueGrid建立了聚能射流引爆重型反应装甲数值计算模型,并采用非线性动力学软件LS-DYNA对该问题进行了数值模拟研究,使用后处理软件LS-prepost获得了不同命中位置对爆炸反应装甲引爆特性和飞散特性的影响特性.结果表明,命中位置对反应装甲引爆和飞散行为影响显著.命中位置越靠近反应装甲边缘,夹层装药起爆后的爆轰波峰值压力越低;飞板越晚开始飞散运动,加速时间越短;飞板飞散速度越小,对射流的干扰持续时间越长.      

不同攻角条件下聚能型战斗部毁伤特性研究

对于聚能型兵器而言,在战斗部药型罩特性、装药特性、炸高等因素确定后,该型兵器的毁伤威力将主要取决于其攻击角度.本文采用数值模拟与模型试验方法相结合,对不同攻角条件下聚能型战斗部的毁伤过程和毁伤效果进行了研究,探讨了聚能型战斗部对双层圆柱壳舱段的毁伤特性.结果表明,攻角越小,聚能射流造成的穿孔直径越大,毁伤作用面积越小,单位面积的作用载荷强度越大.     

非金属射流冲击反应装甲穿而不爆的研究

为比较特氟龙和尼龙两种非金属射流冲击反应装甲穿而不爆的优越性,利用数值仿真和试验研究相结合的方法对两种材料的射流冲击反应装甲进行了研究分析.研究结果表明：非金属射流引起夹层炸药的起爆的因子主要来自于侵彻中的动压力以及面板、背板的对冲击波的反射加剧.对于本研究药型罩材料的选择,并非材料密度越低越适合作为前级聚能装药药型罩材料,还要兼顾射流的侵彻开孔能力,相比之下特氟龙表现出了更好的优越性.     

活性药型罩聚能装药作用混凝土靶毁伤效应

采用数值模拟和地面静爆实验相结合的方法,对活性药型罩聚能装药作用混凝土靶毁伤效应问题进行了研究.在Autodyn数值模拟中,活性药型罩爆炸驱动形成射流及侵彻混凝土靶过程采用二维欧拉算法,活性射流侵入混凝土内爆破过程采用三维SPH算法,活性射流冲击反应由Powder Burn模型描述,通过算法转换实现分步连续数值模拟.数值模拟结果表明,与金属射流相比,活性射流终点效应受炸高的影响更敏感,在约为1.0倍装药直径炸高下,活性射流可显著发挥侵爆联合毁伤优势,有效爆破深度约为6.5倍装药直径,当炸高超过2.0倍装药直径后,侵爆毁伤效应显著减弱.进一步与地面静爆实验结果相比,两者基本相吻合,验证了数值模拟的有效性.      

不同口径聚能装药射流引爆带壳装药数值模拟

为分析装填钝感高能炸药TATB装药壳体厚度对射流冲击引爆的影响,采用动力学有限差分程序Autodyn,建立了50 mm口径聚能装药对不同厚度钢壳体冲击引爆数值模型,模拟分析了聚能射流冲击带壳装药过程中冲击波传播和炸药反应的情况.在此基础上,开展了50 mm和75 mm口径聚能装药对覆盖有混凝土层的带壳装药冲击引爆数值模拟,模拟结果与射流冲击引爆经验判据一致,说明数值建模方法具有一定的合理性.模拟分析表明,随着被冲击装药壳体厚度的增加,炸药引爆机制由射流冲击产生的前驱波引爆转化为前驱波与冲击剪切变形共同引爆.研究结果对反导战斗部设计具有一定的参考价值.     

钨合金药型罩材料的大破孔聚能战斗部研究

为得到大尺寸破甲孔径,提出了采用钨合金作为药型罩材料的大破孔聚能战斗部设计方案. 以聚能装药射流成形及侵彻理论为基础,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究钨合金药型罩结构参数、材料组分及加工工艺对靶板的大孔径破甲的影响. 结果表明,采用粉末型钨合金为药型罩材料的聚能战斗部,在保证具有相同或略大的破甲深度的同时明显增大了破甲孔径.     

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。     

反应装甲对射流干扰的数值模拟研究

基于爆炸式反应装甲与射流之间相互作用存在诸多影响因素,采用数值模拟方法探讨了反应装甲对射流的干扰问题. 建立了反应装甲和聚能装药的三维有限元模型,选取ALE算法进行数值仿真,得到了不同角度放置的反应装甲对射流的干扰过程和射流被干扰前后的速度梯度曲线. 仿真结果表明,随着反应装甲放置角度的增加,干扰的效果也随之增加. 数值模拟结果与实验结果进行了对比,符合较好.     

射流作用条件对重型反应装甲干扰时长的影响

为研究聚能战斗部倾角与炸高等射流作用条件因素对重型反应装甲干扰作用时长影响,采用数值模拟与理论计算相结合的方法建立了射流作用条件影响重型反应装甲干扰时长计算模型,获得了不同倾角炸高对爆炸反应装甲飞散特性及干扰场作用时长的影响规律. 数值模拟结果表明,倾角炸高对反应装甲飞板飞散行为和干扰场作用时间影响显著;飞板飞散速度、加速度峰值随倾角增大而下降;随着炸高增大,峰值先增大后减小. 炸高较小时(2d_c),干扰时间随着倾角增大而增大;炸高较大时,干扰时间随着倾角增大而减小. 数值模拟结果与理论计算结果吻合较好.      

破甲弹对复合装甲毁伤数值模拟分析

为研究破甲弹对复合装甲的毁伤规律,利用Autodyn非线性动力学软件,建立了破甲射流对复合装甲数值仿真有限元模型,并分别就碰撞点和破甲弹结构参数改变对毁伤效应影响进行了仿真计算与分析,以射流剩余速度和穿孔特征为评估参量,初步得到了破甲弹对复合装甲的毁伤规律. 破甲弹正面进攻主战坦克时,复合装甲的穿透与破坏情况随各板块被侵彻的顺序不同而不同,45°～60°范围内的锥角比较适合作为反复合装甲的破甲弹的药型罩锥角.      

不同材料模型药型罩数值仿真结果对比

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较。在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真。对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小。     

三种聚能装药结构形成射流的对比分析

为了对比不同聚能装药结构形成射流的特性,应用改进的PER理论模型,结合Autodyn有限元软件,理论和数值模拟研究了单锥罩、带隔板单锥罩和带隔板偏心亚半球罩三种装药结构的射流成型过程。计算了药型罩绝对压垮速度、绝对偏转角、压垮角、射流速度、射流质量等成型参数,获得了三种装药结构形成射流的形状。结果表明,带隔板偏心亚半球罩形成射流效果最佳,其质量堆积点位置降低了约20%,射流质量占药型罩质量提高了12.2%。数值模拟与理论计算结果吻合较好,研究结果为聚能装药战斗部的设计提供参考。