EFP侵彻爆炸反应装甲过程研究

为了提高串联战斗部侵彻爆炸反应装甲的能力,消除爆炸反应装甲对主射流的影响.对串联战斗部前级爆炸成型弹丸(EFP)侵彻爆炸反应装甲进行了数值模拟和试验研究.建立了前级EFP装药从起爆、成型到侵彻爆炸反应装甲全过程的有限元模型,采用二维轴对称拉格朗日算法计算得到了EFP侵彻爆炸反应装甲各板的速度、直(孔)径和PBX9504炸药板内的冲击压力,得出了EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的结论.通过EFP实弹侵彻爆炸反应装甲实验.证实了串联战斗部前级EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的过程.     

EFP侵彻圆柱形带壳装药的数值模拟

将导弹战斗部简化成圆柱形带壳装药,利用有限元分析软件对不同弹目交汇情况下,对装药口径65 mm的EFP侵彻圆柱形带壳装药的过程进行数值模拟。模拟结果表明:EFP弹轴和圆柱形带壳装药的轴线在同一个平面上的情况下,当EFP着角为0°和30°时EFP能引爆圆柱壳内的B炸药;EFP弹轴垂直圆柱形带壳装药的轴线的情况下,接触点在装药半径1/2处时,EFP能引爆圆柱壳内的B炸药。EFP撞击圆柱形带壳装药的角度和位置,影响EFP对圆柱形带壳装药的引爆情况;研究结果对于设计新型防空反导武器战斗部具有参考意义。     

聚能射流水中侵爆盖板B炸药仿真研究

为获得聚能射流对水中盖板B炸药侵爆作用能力,开展水层厚度影响规律研究.基于准定常侵彻理论得到了紫铜聚能射流侵彻水介质时射流速度计算式;建立侵爆仿真模型,研究了聚能射流水中成型与运动、侵彻盖板及起爆装药的变化特性,计算给出了射流侵彻盖板前后的速度和直径的变化,结果表明,射流侵爆水中盖板B炸药的临界水层厚度为261 mm,并依据Held判据得出B炸药的起爆阈值为18.598 mm³·μs^-2.研究结果对聚能射流水下毁伤技术的应用提供技术参考.     

装药间距对串联EFP成型及侵彻效应的影响

为了解决在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径符合要求的难题,提出了一种前后两级均为爆炸成型弹丸装药的新型串联聚能装药结构。利用LSDYNA3D有限元软件对串联EFP装药的药型罩成型过程进行了数值模拟,并分析了两级装药间距对后级EFP成型的影响,在此基础上开展了串联EFP装药侵彻45# 钢靶试验。结果表明,该串联EFP装药结构可充分发挥前后两级EFP的侵彻能力,改善了串联装药的侵彻效果。     

EFP侵彻陶瓷/金属复合靶实验运动网格法模拟

为高效地实现EFP弹丸成型、飞行及大炸高下侵彻氧化铝陶瓷/金属复合靶过程的数值模拟研究,采用JH-2模型描述99氧化铝陶瓷本构关系,运动网格法进行流场计算,流固耦合算法实现EFP对复合靶板的侵彻作用.该方法解决了EFP在大炸高下形成及侵彻靶板过程计算总网格数过多问题,获得了侵彻过程中陶瓷的损伤演化和分布以及在A3钢背板中的侵彻深度.结果表明:数值模拟所得EFP头部速度值与实验值基本一致,尾部速度值略高于实验值,EFP的长径比略高于实验值;在背板中的残余侵深比实验结果略高,但差别不大;EFP在钢背板中的残余侵彻深度随陶瓷厚度的增加而减小,残余侵深与陶瓷厚度之间基本呈线性关系.     

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。     

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。     

药型罩结构参数对EFP侵彻能力的影响

该文采用均匀设计方法研究了变壁厚球缺药型罩结构参数对爆炸成型弹丸(EFP)侵彻能力的影响。以变壁厚球缺药型罩的3个主要尺寸参数为优化对象,以EFP对靶板的侵彻深度为指标,应用均匀设计方法设计仿真方案。分别用AUTODYN和SPSS软件对EFP战斗部的爆炸成型进行仿真和回归分析。仿真结果表明,药型罩尺寸的交互效应是影响EFP侵彻能力的主要因素。根据该结果得到最优化的设计方案。对优化方案进行仿真得到的EFP成型与侵彻均比较理想。     

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.     

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.     

爆炸飞板碰撞厚钢板时背面的空气冲击波压力计算

在炸药爆炸驱动飞板碰撞厚钢板后，利用二维动态有限元数值分析方法对厚钢板自由面的速度进行了数值计算，还利用钢板和空气界面条件对钢板背面空气中冲击波的传播进行了一维球对称的数值分析，所得的结果与实际测量值吻合较好。     

未反应PBXC10炸药冲击Hugoniot关系的实验研究

为了获得标定未反应PBXC10炸药(Jones-Wilkins-Lee)JWL状态方程参数的基础数据,提出了一种获得未反应炸药冲击Hugoniot关系的方法,即基于冲击起爆实验测得的PBXC10炸药中不同拉格朗日位置的压力历史,假设冲击波前沿炸药未发生化学反应,并利用冲击波阵面前后的动量守恒关系,获得未反应PBXC10炸药的冲击Hugoniot关系. 将该冲击Hugoniot关系外推到爆速,得到PBXC10炸药的冯诺依曼峰值压力,发现该峰值压力与PBXC10炸药的CJ (Chapman-Jouguet) 压力之比在合理范围内.     

装药背板对破片冲击引爆的影响研究

为研究背板对破片冲击起爆屏蔽装药的影响,运用数值仿真方法分析了破片冲击起爆有无背板装药的情况. 数值仿真表明,由于背板对冲击波的反射作用使背板附近处冲击波压力幅值增加,从而使装药的临界起爆速度下降. 随着装药厚度的增加,背板对于装药的冲击起爆影响逐渐下降;背板材料对于反射冲击波幅值有所影响,但不同背板材料间装药临界起爆速度相差并不大.     

炸药性能对地震波品质影响的Hilbert-Huang变换分析

为检测爆炸地震波的品质(能量,主频),探寻激发高能量、高频率地震波的炸药震源,选用梯恩梯(TNT)、梯铝(TL)、8701,黑火药(BP)进行浅埋土中爆炸试验. 并利用Hilbert-Huang变换(HHT)对距离震源10～65 m处地面振动速度信号进行分析,结果表明:高能量高爆速炸药8701震源激发的地震波能量大,但频带较窄,主频较低,高频率段能量随传播距离衰减较快;低能量低爆速炸药BP激发的地震波频带较宽,主频也较高,但地震波能量过低;含铝炸药TL激发的地震波能量大,且随传播距离衰减速度较慢,主频介于黑火药BP与炸药8701之间.      

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.      

不同着角下爆炸成形弹丸对坦克发动机等效靶的毁伤效应

针对坦克发动机在爆炸成形弹丸（EFP）作用下的毁伤效应问题,对典型坦克发动机及其防护结构进行了结构等效设计,开展了不同着角下EFP对发动机等效靶的侵彻实验,并结合LS-DYNA软件分析了不同着角下EFP对防护板（钢质）的侵彻作用,获得了发动机等效靶的破孔尺寸、毁伤面积以及EFP穿靶后的剩余动能.研究结果表明:随着角的增大,钢靶的破坏面积增大,对发动机结构（铝箱）毁伤效果呈现减弱趋势;实验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真的有效性;EFP对钢靶最大破坏尺寸随着角增大呈上升趋势,EFP贯穿钢靶后的剩余动能随着角增大呈下降趋势;当着角α ≥ 57°时,爆炸成形弹丸不能穿透钢靶,无法对铝箱造成毁伤.      

药型罩材料对EFP水中运动特性影响研究

针对药型罩材料对爆炸成型弹丸（EFP）水中运动特性的影响问题,本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,基于紫铜材料EFP水中侵彻试验基础,结合相关理论研究仿真对比分析了不同密度材料（10号钢、钽及铝）、同密度材料（纯铁、10号钢、20号钢）以及高密度材料（钽、钨）所形成EFP的水中侵彻情况,找出药型罩材料性能对EFP水中速度衰减的影响.结果表明,密度对EFP水中侵彻过程具有至关重要的影响,EFP形状一定的条件下密度越高则存速能力越强,若密度相近则衰减规律趋于一致,且钽、钨等重金属药型罩在水中聚能战斗部的应用具有广阔前景.     

炸药颗粒床中致密波状态方程研究

对一维两相流模型进行简化,引入颗粒守恒假设,建立了炸药颗粒床的定常致密波计算模型.分别使用Tait状态方程和Hayes状态方程,研究了致密波区内的压力、固相体积分数、固相密度、颗粒半径和颗粒数密度的分布.通过比较发现,使用Tait状态方程,固相密度、颗粒半径和颗粒数密度的分布以及它们之间的对应关系与活塞驱动颗粒床产生稳态致密波的过程不相符.结果还表明,大于颗粒材料音速的致密波(超音速致密波),波阵面存在间断;而小于颗粒材料音速的致密波(亚音速致密波),从波前到波后,所有物理参量光滑过度.分析得到了活塞速度、初始体积分数与各物理参量之间的关系.     

PETN炸药爆轰参数的数值模拟

用吉布斯自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解PETN炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近.用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算碳的Gibbs自由能,以WCA状态方程作为爆轰气相产物的物态方程,对PETN炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好.