破片侵彻混凝土毁伤效应研究

采用Autodyn动力学软件对大尺寸破片侵彻混凝土毁伤效应影响因素进行数值模拟研究,获得了侵彻速度、侵彻姿态、破片形状、破片材料等因素对混凝土毁伤效应影响特性. 研究结果表明,破片侵彻速度增大,侵深和侵孔直径逐渐增大,且直径趋于一定值;斜侵彻时,压缩–剪切耦合作用和边界效应可造成侵孔增大;当破片侵彻动能、形状相同时,钨破片综合毁伤效果优于4340钢、45#钢;圆柱体破片破孔能力最强,正方形破片侵深能力最强.      

破片侵彻双层钢板门的数值模拟

分析了ANSYS/LS-DYNA常用的两种数值计算方法,Lagrange算法和ALE算法。给出了预测钢板门在大速度破片侵彻与贯穿时的计算公式,对破片侵彻双层钢板门过程进行数值模拟,结果较为一致。数值模拟是对经验公式和试验研究的有益补充。     

串联EFP成型及侵彻混凝土目标的数值模拟

为更好地打击混凝土结构目标,提高EFP对其侵彻能力. 利用Truegrid建模工具以及Autodyn数值模拟软件,首先对聚能装药双层药型罩形成串联EFP的影响因素进行了研究,并对串联EFP侵彻混凝土介质进行了模拟分析. 仿真结果表明,通过改变双层药型罩战斗部结构,能够调节前后EFP的分离时间,得到串联EFP或前后相连的单一EFP,双层药型罩对混凝土的侵彻性能优于同结构的单层药型罩.     

弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

为了对弹丸侵彻钢纤维混凝土问题进行数值模拟研究,在有限元计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,弹丸作为刚体处理.侵彻深度计算结果与在φ14.5 mm弹道炮上所获得的试验结果相吻合,并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑、层裂现象.在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素.计算结果表明,HJC本构模型用来描述钢纤维混凝土的侵彻问题是可行和有效的.     

破片侵彻纤维复合材料板的有限元数值模拟

采用有限元方法对几种不同外形和材料的破片模拟弹垂直侵彻玻璃纤维增强复合材料层合板的动态响应过程进行了模拟分析,研究了靶板有限元模型网格尺度对抗破片侵彻特性模拟计算结果的影响,分析了靶板直径和边界约束条件等因素对复合材料板的抗破片特性的影响。对于厚度为4.0mm以上的较厚靶板,几种常用的13.4g钢质破片模拟弹的外形和材料的差异对侵彻能力影响较小。与已有文献中的实验结果的比较表明:当有限元网格尺度接近复合材料单层厚度时,计算结果的精度较好;当靶板直径大于一个与靶板材料波速相关的临界直径时,靶板直径、边界约束条件对破片模拟弹剩余速度的影响可忽略;完全固支条件的计算结果比简支或自由边界条件更接近于大尺寸靶板的计算结果。     

预制破片战斗部爆轰产物泄露数值模拟

预制破片战斗部具有破片质量和形状近似100%可控的优点,但其爆轰产物的过早泄露会影响破片的加速过程.为了分析爆轰产物泄露对破片威力的影响,利用数值模拟方法对某预制破片战斗部的爆轰泄露过程进行了研究,并分析了炸药采用不同仿真算法所得结果与试验的吻合情况.结果表明:端面中心起爆时,爆轰泄露主要发生在周向,对破片飞散形态影响较大;流固耦合算法计算得到的破片速度和飞散角与试验吻合最好,最小平均相对误差分别为1.12%和0.56%;综合计算鲁棒性、计算精度、计算时间等,流固耦合算法较适用于爆轰产物泄露的研究.      

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s<侵彻速度<1 700 m/s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(Explosion-3D). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 m/s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.     

爆炸载荷下药型罩形成多破片的数值模拟

提出一种在爆炸载荷下形成多破片的新型刻槽药型罩结构。针对新结构建立有限元计算模型，应用非线性有限元软件Ansys-Lsdyna对爆炸载荷下刻槽药型罩形成多个破片的过程进行数值模拟。根据计算模型尺寸，加工试验装置进行试验验证。验证试验与数值模拟结果一致，破片分布只不过聚焦形状。所设计的刻槽药型罩能够实现预期的设想，形成具有一定数量和质量且具有聚焦性能的破片群。     

动能弹侵彻混凝土靶体的三维数值模拟研究

采用累积损伤模型，应用MMIC3D程序，研究了动能弹垂直和斜侵彻混凝土靶体的过程，探讨了不同头形的动能弹对侵彻效果的影响，其三维图像显示了动能弹对混凝土靶体的损伤效应以及混凝土靶体中应力波的形成和传播。     

破片质量对钨合金破片侵彻威力的影响

防空反导导弹战斗部主要利用破片毁伤元撞击、穿孔等实施对目标的毁伤目的,钨合金破片由于具有高密度、高强度特点而被广泛应用于防空反导战斗部,根据侵彻理论,破片质量是影响类立方体钨合金破片侵彻和贯穿能力的重要因素。利用理论计算、数值仿真和试验验证相结合的方法开展了不同质量钨合金立方体破片对Q235A钢板的侵彻能力的研究,结果表明破片侵彻能力随着质量的增加,试验结果均略低于理论计算结果,且质量越低偏差越大。利用试验结果对理论公式进行了初步修正。     

结构参数对EFP成型影响的数值模拟

应用AUTODYN-2D软件对带有铝外壳的爆炸成型弹丸(EFP)形成过程进行数值模拟.研究了壳体厚度、药型罩曲率等因素对EFP成形的影响规律,得出形成理想EFP外形的各结构参数之间的关系.并对比分析了铝壳和钢壳形成理想EFP的条件差异.研究结果可应用于轻型壳体的EFP战斗部结构设计.     

爆炸成型弹丸速度计算方法研究

从炸药装药的瞬时爆轰产物飞散理论出发,根据动量守恒原理得出药型罩装药形成爆炸成型弹丸的速度计算模型,并根据装药高度与 直径之比对弹丸速度的影响修正了计算模型。应用该计算模型计算了大锥角药形罩和球缺药型罩装药形成的爆炸成型弹丸速度,计算结果与实 验和数值模拟得到的结果吻合较好,此速度计算模型适合于工程应用。     

带尾翼EFP形成的三维数值模拟研究

带尾翼的杆状爆炸成形侵彻体(explosively formed penetrator,简称EFP)具有良好的飞行稳定性和侵彻性能.在对能形成该种类型EFP的战斗部结构形式进行分析的基础上,以两种典型的结构形式(异形壳体和多点起爆)为例,采用AUTODYN-3D软件进行了EFP成形的三维数值模拟,得到了尾部带有不同形状尾翼的爆炸成形侵彻体.计算结果对于EFP战斗部的设计具有重要的参考价值.     

药型罩壁厚对EFP成型性能影响试验

为了得到EFP成型性能与药型罩壁厚之间的关系，进行了不同药型罩壁厚的EFP侵彻钢靶板实爆试验。通过网靶测速、EFP对40mm钢靶板的破孔深度和大小试验，获得了大量EFP速度、破孔深度和大小等数据。试验结果表明：药型罩壁厚对EFP速度和侵彻能力的影响很大，在适当的壁厚条件下EFP能穿透40mm钢靶板。在试验数据分析基础上，得到了药型罩壁厚与EFP的速度和侵彻深度之间的关系和σ／Dk的合理匹配关系。     

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.     

串联EFP形成与侵彻的数值模拟及实验研究

针对单罩及两种复合罩材串联爆炸成型弹丸(EFP)成形和侵彻开展了数值模拟和实验研究,采用脉冲X光摄影获得了EFP成形过程典型时刻图像,同时得到了对钢靶的侵彻效应.对比分析3种结构方案对钢靶的侵彻,结果表明:串联EFP战斗部对钢靶板的侵彻深度比单罩EFP战斗部有较大幅度提高;同时对于串联EFP战斗部的侵彻效果,钢-铜双罩结构要好于钢-钢双罩结构.     

弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟

采用动力学计算程序AUTODYN对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟,重点分析了弹体内部炸药所受压力的变化规律及装药与壳体之间的相互作用。数值模拟结果表明：弹体在侵彻过程中,装药前端主要受压缩作用,导致弹体前端的炸药产生明显的塑性应变;弹体尾部装药受到拉伸和压缩作用,并且装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞,装药遭受明显的冲击作用。根据计算结果,侵彻型弹药设计应重点防护装药前端和尾部。     

网格对混凝土侵彻数值模拟的影响

研究动能弹侵彻混凝土类问题的数值模拟计算中,网格单元尺寸的划分对计算结果的影响规律,找出合理的网格尺寸取值范围.应用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,对57 mm口径尖头弹丸以300 m/s着速垂直侵彻直径1.6 m,厚1 m的混凝土靶板进行仿真计算,得到了靶板不同计算网格尺寸条件下的侵彻深度、侵彻过载以及损伤区数据.通过对比分析确定,为得到比较理想的计算结果,弹丸半径和网格边长的比值λ应该在6.0左右取值.     

三层串联EFP成型与分离行为

针对三层串联EFP成型及分离问题,采用数值模拟方法,描述了三层串联EFP成型过程,揭示了三层药型罩材料匹配对串联EFP分离行为的影响规律.结果表明:三层串联EFP成型过程包括冲击、闭合和自由飞行三个阶段.冲击阶段:三层罩主要在轴向发生相互碰撞,实现动能交换,形成速度差,是导致三层串联EFP分离的主要原因;闭合阶段:三层罩逐渐拉伸闭合,并同时在径向和轴向发生碰撞,影响三层罩的成型和分离特性;自由飞行阶段:三层串联EFP形貌和速度趋于稳定,彼此间不再发生碰撞,三层串联EFP之间的距离随时间逐步增大.与此同时,三层药型罩材料匹配显著影响串联EFP分离行为,45#钢罩能够实现与前铜罩的快速分离,同时阻滞后铜罩的有效分离.进一步与脉冲X光实验结果相比,数值模拟与实验结果基本吻合,验证了数值模拟的有效性.