地下防护工程抗超高速长杆动能弹的若干问题

针对超高速长杆动能弹侵彻成坑的尺寸相似问题、成坑与地冲击耦合能量问题以及等效爆炸当量计算方法问题，在前期研究的基础上，厘清了侵彻成坑相似规律，建立了地冲击能量与成坑范围关系，得到了地冲击能量效率与弹体动能、长径比及介质特性关系，提出了超高速动能弹地冲击等效接触爆炸当量及安全防护层厚度计算方法。结果表明，超高速动能弹撞击的破坏区体积存在尺度效应，与弹体半径的四次方成正比；其他条件不变时，地冲击能量效率随弹体质量增大而增大，随弹体长径比和密度增大而减小。     

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。     

波阻抗梯度材料超高速正/反撞击下防护特性研究

为分析梯度分布对波阻抗梯度材料超高速撞击防护特性的影响,针对梯度分布为钛合金/铝合金/镁合金的波阻抗梯度材料,设计开展了以钛合金为撞击面（正撞击）、镁合金为撞击面（反撞击）的超高速撞击实验与数值模拟研究.研究获得了实验条件下防护结构碎片云特性及后墙损伤特性,并借助数值模拟,深入分析了不同撞击条件下弹靶冲击压力特性、内能转化特性.结果表明,正撞击有利于增大弹靶冲击压力,促进动能向内能的转化,从而提高防护能力.     

三角形截面长杆弹垂直侵彻半无限靶的成坑分析

为研究三角形截面弹体在垂直侵彻半无限靶时的成坑特性，通过分析三角形截面弹体头部接触面上的横向力，得到弹体头部碎渣颗粒的运动状态。根据侵彻速度关系式推断弹体瞬时速度对弹坑截面形状及大小的影响规律。采用ANSYS-DYNA有限元软件对不同速度的三角形截面弹体垂直侵彻半无限靶全过程进行数值模拟，并进行实验验证。仿真结果与实验结果一致。结果显示，三角形截面弹体在撞击平面上的质点横向应力分布不均匀，3个角方向上的力最大，边长中点位置处最小，总体呈U形分布。弹体瞬时速度逐渐减小，弹坑形状由近似规则圆形逐渐变为近似三角形的3瓣圆弧，且其截面积不断减小。在1 400～1 800 m/s的速度范围内进行了长杆弹撞击实验。速度为1 790 m/s时，弹坑在靶板表面的直径和深度分别为40 mm和7 mm,弹坑形状近似圆形。速度为1 510 m/s时，弹坑在靶板表面的直径和深度分别为38 mm和5 mm,弹坑截面表现为圆弧三角形。     

钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型

为研究钨球对低碳钢板高速侵彻成坑直径的分析方法.采用12.7mm弹道枪和57.5mm/14.5mm二级轻气炮加载方式,进行了Φ6mm和Φ7mm钨球以600~2400m/s撞击速度侵彻不同厚度Q235A钢板实验,根据实验现象分析了弹-靶作用过程,对不同侵彻速度下钢板上侵彻孔边缘进行了扫描电镜(SEM)观察.研究结果表明,撞击速度在1000m/s时,靶体破坏以动态断裂为主,当撞击速度达到1500m/s以上时靶体破坏以塑性流动为主;据此,同时考虑钨球塑性变形、靶体动态屈服和塑性流动,建立了钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型,模型计算结果与实验偏差在12%以内.      

弹体斜侵彻混凝土靶面的开坑阶段分析

为了研究弹体斜侵彻混凝土过程中靶面成坑机理,该文根据应力波在混凝土靶自由表面斜反射形成层裂,将开坑区分为破碎区、裂纹区和弹性区。依据法向膨胀理论对成坑阶段阻力进行分析,得到破碎区径向尺寸与弹径的定量关系,再利用应力波的传播计算得到开坑深度,将计算结果与试验数据进行对比,两者吻合较好,为斜侵彻弹道研究提供参考价值。     

钨合金易碎动能穿甲弹穿甲有限元模拟与分析

研究具有不同力学特性的材料作为钨合金易碎动能穿甲弹的侵彻和破碎性能.在建立钨合金易碎动能穿甲弹有限元分析模型的基础上,运用大型动态非线性有限元分析软件MSC-Dytran模拟具有不同拉-压强度比的钨合金穿甲弹在穿透靶板时的侵彻和破碎过程.仿真结果表明,弹体的破碎及毁伤性能随其材料拉伸强度的降低而提高;弹体材料拉伸强度的提高有助于侵彻的进行.数值模拟和结果分析有助于为易碎钨合金动能穿甲弹的研制提供一定的理论参考依据.     

钨合金弹丸超高速撞击的分子动力学研究

针对高速穿甲与空间碎片超高速撞击航天器材的防护性能以及损伤破坏模式的问题,采用分子动力学方法,运用EAM势对钨合金弹丸超高速撞击靶板的动力学行为进行了数值模拟,定性研究了弹丸尺度、弹丸速度、靶板厚度以及材料模型对靶板穿孔、靶板破坏与碎片云形成的影响以及相应规律. 研究结果表明:同一时刻空筒蘑菇形碎片云的径向与轴向距离随弹丸直径、撞击速度的提高而增加. 反溅粒子与粒子堆积高度随弹丸直径、撞击速度提高而增加. 将分子动力学模拟结果与高质量试验结果进行了相应对比,模拟的碎片云形状、反溅粒子以及粒子堆积等特征与试验基本吻合,验证了利用分子动力学方法的有效性.     

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程.分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较.结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况.     

柱形平头弹体墩粗变形的理论分析

为了研究弹体撞击靶板过程中的弹靶变形耦合效应,在考虑靶板变形的同时,对柱形平头弹体的墩粗变形进行了理论分析．文中以Taylor模型为基础,建立了一个新的弹体撞击变形靶板的墩粗变形分析模型．给出了数值解,得到了各个变量随时间的变化关系及撞击结束后弹体的整体形状尺寸,并进一步得到了各形状参数和变形延续时间与撞击速度和弹靶特性的关系．结果表明,所建立的理论模型更加接近实验结果,分析结果更为合理．     

活性弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验研究

设计并制备了由活性材料内核（PTFE/AL）、高强度钢外壳组成的活性弹丸,基于25 mm口径弹道炮发射平台进行了该弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验.实验结果表明：在941~1 679 m/s着速下,活性弹丸撞击混凝土靶后均发生了剧烈爆燃反应.从混凝土成坑效应结果可以看出,活性弹丸毁伤效果比同规格惰性材料内核（PTFE）弹丸有大幅提高.活性弹丸依靠自身动能与强度侵入混凝土靶体,侵入过程中活性材料内核在靶体内部爆炸并释放大量化学能,这种“侵爆耦合效应”是造成混凝土靶高效毁伤的主控机制.     

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.     

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.     

新型钻地武器毁伤与防护计算原理

目前新型钻地武器对地打击速度普遍在1 500 m/s 以上, 既有地下防护工程设计计算方法无法涵盖上述速度范围。 针对当今大口径制导钻地炸弹、 高超声速钻地弹、 小型钻地核弹毁伤效应与防护工程计算理论存在的难题, 简要介绍了作者及团队近些年在该方面的主要理论研究成果。 包括: (1) 大口径钻地弹弹靶作用弹径效应; (2) 钻地爆炸耦合效应; (3) 高超声速弹靶作用近区介质流固耦合状态; (4) 高超声速撞击成坑耦合地冲击效应; (5) 抗钻地核弹防护工程高地应力动静耦合效应; (6) 钻地核爆远区深埋防护工程围岩长期稳定性。     

动能弹低速垂直侵彻钢筋混凝土的试验研究

该文提出了一种大长径比动能侵彻体侵彻钢筋混凝土的模拟试验方法，通过侵彻速度为300m／s～400m／s的57mm动能侵彻弹对半无限厚钢筋混凝土靶的垂直侵彻试验，得到了最大侵彻深度、着靶姿态等试验参数。由侵彻钢筋混凝土的经验公式得到的最大侵彻深度数据与试验数据进行了对比，试验数据为反深层工事的毁伤机理和数字仿真研究提供依据，同时通过毁伤效应的试验研究，为找到一条高效毁伤典型深层工事的方法提供条件。     

钢筋混凝土靶体抗弹体斜侵彻试验分析

为研究斜侵彻钢筋混凝土靶体的破坏特征并分析靶体中钢筋的作用,利用直径57 mm的弹体对3个钢筋混凝土靶体进行相同倾角的斜侵彻试验,得到着靶速度及对应的侵彻深度、弹坑范围等试验参数,结合试验分析了靶体中钢筋的作用。试验表明：钢筋网使内部混凝土的破坏得到有效抑制,整体抗拉作用明显,钢筋网整体作用类似于膜力。将靶体中钢筋网等效为一定厚板的钢板层,按照分层介质计算方法,得出了钢筋混凝土斜侵彻深度计算公式,解决了现有公式不能反映靶体中钢筋作用的不足。计算结果与数值模拟结果及经验公式计算结果进行了比较,吻合较好,验证了其有效性。     

混凝土靶的侵彻与穿甲理论

以笔者先前提出的控制刚性弹侵彻动力学的两个无量纲数(即撞击函数I和弹头形状函数N)为基础, 综述了笔者及其合作者在混凝土靶的侵彻与穿甲方面的理论模型工作,包括量纲分析、深层侵彻、浅层撞击,素混凝土靶的正/斜穿甲等,并进而拓展到钢筋混凝土靶的情形.给出了目前该领域国外的研究进展.