弹体结构局部响应放大的现象研究

针对弹体装药安全性问题,开展弹体侵彻混凝土靶过程中装药动态响应机理的研究。结合实际弹体结构的典型特征,建立了含间隙结构装药非线性响应理论模型,通过理论分析计算揭示不同间隙或不同载荷频率下结构的局部响应放大现象;采用有限元数值模拟方法验证理论计算结果的正确性;设计了振动台试验进一步验证理论与模拟仿真的结果的真实性。通过理论、数值模拟与实验相结合的方法,研究了低强度载荷作用下装药点火与起爆现象的内在机制。研究结果表明弹体在逐层侵彻多层混凝土靶时,弹体结构产生的振动对弹体力学响应、装药安定性有着较大影响,弹体结构存在一定的振动响应放大现象。     

含PBX炸药装药的弹体侵彻响应数值模拟

为探究浇注型PBX炸药装药在弹体侵彻过程中的安全性问题,使用考虑孔隙的压力相关-应变率硬化-温度软化的粘弹塑性本构模型,用以拟合浇注型PBX炸药的在不同应变率下的动态力学响应,并利用动力有限元算法数值模拟含装药弹体侵彻混凝土靶板的过程中炸药的力-热耦合响应,获得装药不同位置局部温升受不同耗散功的影响规律,结果表明装药圆弧面圆心处由于应力波汇聚作用,塑性应变可达32%,装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献.为装药结构设计提供力学分析的依据.     

火炮发射过程中装药响应数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的响应,采用节点约束-分离模拟方法对PBX9501炸药装药进行损伤数值模拟,采用Visco-SCRAM模型进行点火数值模拟,计算分别得到了PBX9501装药损伤和点火的临界弹体初速. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应, Visco-SCRAM模型和裂纹摩擦点火模型可以描述装药点火响应.     

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.     

火炮发射过程中装药损伤数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的损伤响应,采用节点约束-分离模拟方法对TNT和PBX9501炸药装药进行数值模拟,计算不同发射速度下弹体内部装药的损伤及破坏,计算得到了TNT和PBX9501装药损伤的临界弹体初速以及加速度载荷,数值模拟结果与实验结果吻合较好. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应.     

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。     

弹体斜侵彻混凝土薄靶的姿态变化规律数值模拟

为得到弹体斜侵彻混凝土薄靶后弹体姿态变化的规律,采用LS-DYNA非线性有限元程序进行数值模拟计算,通过与多种工况下弹体侵彻有限厚混凝土靶的实验结果进行比较,验证采用的数值模拟计算模型、网格设置、材料模型和参数等的合理性,并在此基础上计算不同质量弹体,在不同侵彻速度、初始倾角条件下弹体斜侵彻混凝土薄靶的出靶状态,得到弹体出靶时偏转角度与弹体质量、侵彻速度和初始倾角的关系. 研究结果可预测弹体侵彻单层靶、多层靶的弹道变化.     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.     

锥形弹体侵彻过载分析

为研究锥形弹体侵彻过程中的过载特性,在新的侵彻近区速度场基础上,得到了锥形弹体侵彻过程中受到的阻力表达式,以及推广到多层介质中的阻力表达式。利用运动微方程建立了弹体在单层与多层介质中侵彻的过载计算方法,并将计算结果与国内外实验数据进行了对比。锥形弹体侵彻多层介质的过载时程曲线表明,过载的大小及其下降速率与侵彻速度和靶体强度有关。弹体以残余速度侵入下层介质时,若此层介质的强度大于前一层介质时,则会再次出现一个过载峰值。     

弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶实验和数值模拟

为研究弹体侵彻多层间隔靶的弹道稳定性问题,设计了钢筋混凝土多层间隔靶,开展了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体侵彻多层靶过程的弹道变化参数.采用LS-DYNA软件,再现了弹体侵彻多层靶实验过程,得到的弹道变化参数与实验结果吻合较好,验证了本构模型的可靠性.同时,数值模拟研究了不同半锥角对尾裙弹体侵彻多层靶稳定性的影响规律,得到了弹道稳定的尾裙弹体最优半锥角.      

弹体侵彻混凝土侧壁摩擦阻力研究

基于混凝土材料的动态球形空腔膨胀理论,建立了头部和侧壁分别具有不同摩擦系数的动能弹侵彻阻力模型,探讨了侧壁摩擦阻力对侵彻深度、过载曲线的影响以及不同初速度下侵彻阻力的构成.结果显示:对于CRH为3、长径比为7的卵形弹体侵彻45MPa混凝土,当弹体初速度介于800～1 300m/s时,忽略侧壁摩擦将会给侵深带来至少10%的误差;在侵彻过程中,侧壁阻力在总阻力中的比例一直在增大,侵彻结束瞬间达到最大;同时,在此速度范围内,侵彻阻力中的靶体惯性项不可忽略;当弹体初速度低于400m/s时,摩擦阻力和靶体惯性阻力对侵深的影响均可忽略.     

土中弹道的试验与数值模拟研究

弹丸在侵彻自然土壤过程中很容易产生弹道失稳现象,对弹丸的侵彻与毁伤目的造成很大的影响,因此,分析弹丸侵彻自然土壤的弹道特性是十分重要的。本文通过56式枪弹和125mm弹侵彻自然土壤的试验,得到了弹丸侵彻土壤的弹道轨迹图像,并对其进行了分析研究。其中发现弹丸侵彻自然土壤时,会迅速失去姿态稳定,在土壤中产生较大空腔,并增加与土壤的接触面积,增大阻力,使弹丸速度迅速降低,影响弹丸的侵彻深度。同时,根据试验条件,利用LS-DYNA建立了计算仿真模型,获得了弹丸在侵彻过程中的姿态和运动特征。计算获得的弹丸姿态与弹道特征与试验图像比较吻合,对弹丸的速度、位移和负加速度做了分析研究,表明数值计算结果具有较高的可靠性,可以为弹丸侵彻土壤研究提供参考。     

弹体对岩石的侵彻深度

采用统一强度理论作为岩石的破坏准则,基于动态空腔膨胀理论研究了弹体侵彻岩石靶时所受的阻力,以及刚性弹体对岩石的侵彻深度,并分析了破坏准则、弹头形状、摩擦系数等因素对侵彻深度的影响,与试验资料进行了比较。结果表明,当弹体初始速度低于1200m·s-1时,采用双剪强度理论的计算结果与试验资料符合较好,该模型是合理的,可作为相关问题研究的参考。     

关于投射弹体对均质土体侵彻深度的近似计算

探讨高速弹体对半无限空间均质土体的侵彻效应,把弹体侵入过程划为两阶段．以抗剪强度确定弹体侵入时土体的极限抗力,并考虑弹体与土体相对运动和摩擦引起的抗侵彻力．求解弹体减速运动的常微分方程,提出侵彻深度与落弹参数和土性指标的关系式     

砂土海床海底管道贯入的数值模拟

为预测砂土海床海底管道贯入深度,在ABAQUS下建立了砂土海床海底管道贯入的耦合欧拉-拉格朗日有限元模型,模拟海底管道在风浪流及自重等荷载作用下贯入砂土海床的过程,研究了管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角、剪胀角及弹性模量对管道贯入深度的影响。结果表明,在海底管道贯入过程中,管道两侧海床隆起,在海床土体内形成了自管道底部延伸至海床表面的连续滑动面,砂土破坏表现为整体剪切破坏形式;管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角及剪胀角均会影响砂土海床海底管道贯入深度,其中砂土内摩擦角对海底管道贯入深度影响最大,而砂土弹性模量则对海底管道贯入深度没有显著影响。海底管道贯入阻力随管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角和剪胀角增加而呈幂函数增大。所提海底管道贯入深度预测公式考虑了管-土界面相互作用和砂土力学特性的影响,能准确预测砂土海床中管道的贯入深度,可为砂土海床海底管道在位稳定性评估提供基础数据。     

椭圆截面弹体侵彻混凝土阻力特性研究

为研究椭圆截面异构型弹体侵彻混凝土过程中的弹体头部受力特性,开展圆形及等截面积不同长短轴之比的椭圆截面弹体侵彻混凝土过程数值模拟计算,对不同弹体侵彻过程中头部表面所受法向应力与法向速度关系进行了分析.获得了不同长短轴之比情况下的椭圆截面弹体头部表面所受法向应力与法向侵彻速度、单元所在位置角度之间的关系表达式,并进一步得到了椭圆截面弹体侵深计算公式.结果表明:与等截面积的圆形截面弹体相比,在相同法向速度情况下,椭圆截面弹体表面所受法向应力大小随着头部表面单元位置到椭圆中心距离的增大而增大;在侵彻速度相同时,弹体侵深随着截面长短轴之比的增大而增大.      

起爆方式对LEFP成型及侵彻影响的数值模拟研究

为获得在大炸高条件下具有良好飞行形态的线性爆炸成型弹丸(LEFP),该文主要利用通用有限元软件LS-DYNA3D,采用任意拉格朗日欧拉(ALE)算法,对在多棱和单棱线性起爆方式下的药型罩成型过程进行了数值模拟.对比两种起爆方式下LEFP头部和尾部的速度-时间曲线、药型罩各微元的速度梯度及断面形态,并且在5倍装药口径炸高下,进行了两种起爆方式的侵彻威力仿真.结果发现在多棱线性起爆方式下LEFP具有良好的外形和更强的侵彻威力,多棱线性起爆形成的LEFP侵彻威力相对单棱线性起爆的增益为5.2%以上.     

炸药材料特性对整体式MEFP成形的影响

为提高整体式多爆炸成形弹丸（MEFP）毁伤能力,采用LS-DYNA数值仿真软件对不同炸药材料下整体式MEFP成形过程进行了仿真研究,并对采用B炸药的战斗部进行了地面静爆验证试验,试验结果和仿真结果吻合较好.研究表明随着炸药材料密度、爆速和爆压的增加,中心弹丸速度和长径比都得到大幅提高,中心弹丸侵彻能力增强;周边弹丸外形则由球形逐渐向长杆形发展,弹丸气动性减弱.炸药材料参数与毁伤元成形参数间呈抛物线变化规律,故可根据具体目标选择合适的炸药材料,以提高对目标的毁伤概率.