两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶研究

采用海37 mm弹道炮发射次口径钨合金和钨纤维增强非晶复合长杆弹进行了高速侵彻装甲钢靶试验,并借助三维非线性动力有限元程序ANSYS LS-DYNA对1.0~2.6 km/s速度条件下两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶问题进行了数值模拟,分析了弹体材料和速度对其侵彻性能的影响,并对其毁伤机理进行了初步分析.实验与数值计算结果均表明钨纤维增强非晶复合长杆弹的侵彻性能优于钨合金长杆弹;实验侵彻过程中,钨纤维增强非晶复合长杆弹产生了自锐现象,而钨合金长杆弹则是形成了蘑菇头;数值模拟结果表明两种长杆弹的破坏模式随入射弹速的变化而变化.     

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。     

分段式弹体经低速撞击后侵彻纸靶实验

将传统的霍普金森压杆装置与低速侵彻实验结合在一起,将长杆弹体做成三段式内有空腔的分段弹体,通过硬回收法得到分段弹体过载信息。选取牛皮纸作为低速侵彻时的靶体。通过对分段弹体加速度信号的一次积分与二次积分所得速度和位移与外部测量手段所测得的速度和侵彻深度数据进行对比研究,可确定影响过载测量准确性的因素。该装置能保证分段弹体低速侵彻实验的顺利完成,并能保证实验的可行性及重复性。已取得的实验结果表明,在弹体被低速撞击与自由飞行过程中应力波对加速度信号采集存在一定的影响,该影响会造成通过一阶积分运算所得到的速度值存在明显的二次升高。     

陶瓷靶抗侵彻特性的数值模拟研究

研究增韧对氧化铝陶瓷抗侵彻性能的影响.采用AUTODYN软件和JH-2模型参数对10%ZrO2增韧Al2O3陶瓷(简称ZTA陶瓷)和AD95陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能,进行了系列数值研究,并与45号钢的抗侵彻性能进行了对比.研究结果表明,长径比一定的长杆弹对复合靶的侵彻存在一个最佳的冲击速度;在高速冲击下,两种陶瓷复合靶的防护系数均大于1,陶瓷材料能够有效提高装甲的抗长杆弹侵彻能力;不同工况下ZTA陶瓷抗长杆弹侵彻能力优于AD95陶瓷.     

旋转长杆弹侵彻混凝土靶应力波传播特性研究

利用动量定理和动量矩定理,建立了旋转长杆弹垂直侵彻混凝土时的运动微分方程,并对此微分方程进行了数值求解,讨论了撞击力和侵彻位移的时程特性。在此基础上,利用波动理论建立了纵波的波动方程和扭转波的波动方程。利用有限差分法对波动方程进行了数值求解,讨论了弹体内部应力波的传播特性,重点研究了初始旋转角速度对长杆弹内应力波传播特性的影响。     

基于侵彻过载数值仿真的引信计层起爆控制方法

通过引信控制弹丸在多层防御工事的某一层中起爆,采用仿真软件对侵彻过程进行仿真。采用将弹体与引信分离建模的方法,获得引信部位侵彻过靶的加速度信号。通过分析正侵彻和斜侵彻2种条件下侵彻过载信号的特性,发现斜侵彻时会出现弹尾与靶板二次碰撞过载,可能导致多计层,提出采用弹丸识别入靶过载信号后短时屏蔽计层功能的方法,以实现正确计层。通过动态实验对该方法进行验证,表明引信计层起爆控制准确。     

异型截面弹芯垂直侵彻半无限靶板

为研究非圆截面长杆弹的侵彻特性,对长径比为20的圆形、三角形、正方形截面的三种长杆弹对半无限靶的垂直侵彻进行数值模拟,通过已有的实验结果对仿真结果进行验证,并利用数值模拟拓展研究长径比为5、10、15的3种截面形状的长杆弹以及长径比为20的正五边形和正六边形对靶板的侵彻威力,结果表明:异型截面弹在大长径比、高着靶速度条件下具有更优的侵彻威力,其中正三角形截面弹在几种正多边形截面弹中侵彻威力更优;提出弹芯的截面形状因子H,并基于销蚀长杆侵彻模型Alekseevskii-Tate模型,建立了异型截面弹对半无限靶侵彻深度的计算公式.      

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.     

平头弹低速侵彻黏土的数值模拟研究

为研究平头弹低速侵彻黏土规律,采用ANASYS AUTODYN程序对不同横截面积的弹体在不同初速度下侵彻黏土进行了数值模拟。侵彻深度和弹道的形状与试验结果吻合。对平头弹侵彻深度的分析结果表明:对同一型号弹体,最终侵彻深度与弹体初速呈线性关系,即侵彻深度随弹体初速增加而线性递增。在相同的侵彻初速度下,弹体直径每增加一倍,引起侵彻深度增量基本相同。     

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。     

混凝土厚靶在弹体正侵彻下的响应研究

在内爆理论及考虑弹体体积变形和侵蚀效应的运动方程基础上,考虑质量守恒、动量守恒及能量转换关系,建立了描述混凝土厚靶在高速弹体正侵彻下的响应区理论模型.理论模型的数值解表明,混凝土和弹体的动力学特性对正侵彻作用下混凝土的响应有显著影响.在侵彻速度较高时,有些响应区消失,而破碎区和破裂区随侵彻速度增加而迅速增大.     

长杆体斜侵彻的近似计算

本文通过对长杆体斜侵彻半无限靶的简化物理图象,应用空穴膨胀理论的受力函数,根据变质量的动量守恒和质量变化规律,建立了方程组,并编制了相应的DJS—6电子计算机用数值积分程序,适用于入射倾角α≥50°、速度在1000～2000m/s,对装甲钢板斜侵彻的计算。将计算结果与实验结果进行了广泛的比较,对于高强度合金钢弹体侵彻装甲钢靶的弹坑底线形状、侵彻深度上都有合理的一致性。应用本程序,可以给出侵彻路径上各点的弹体运动参量,并可推广到高密度合金弹体的斜侵彻问题。由于输入数值仅需弹丸的几何形状和尺寸参数以及弹靶材料的常规参数、碰击条件,使得本程序使用简单方便,可做为长杆体斜侵彻的工程计算之用。     

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.     

高g值侵彻过载测试相关技术研究

研究弹体侵彻过载特性具有重要意义,通过试验实测弹体过载,为系统研究过载特性提供可靠依据。目前,高g值侵彻过载测试技术已成为制约该研究的难点。本文介绍一种用于测量高g值侵彻过载的测试系统,并对其关键技术进行了深入研究。根据过载预测值,采用不同密度泡沫铝作为电路模块的缓冲材料可靠地保护了电路的安全,并根据模态分析安装配套支撑筒有效地解决了膛内结构共振问题。这些关键问题的解决保证了高g值侵彻过载测试的成功率。对实测过载时程曲线还进行了系统分析,表明借助高g值侵彻过载测试系统实测的侵彻过载与实际情况吻合得较好。     

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.     

氧化铝陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻的数值研究

采用有限元软件包 ANSYS/LS-DYNA ,对长杆弹侵彻氧化铝陶瓷复合靶的过程进行数值模拟分析。在研究中系统地考察了随着长杆弹着靶速度的改变对氧化铝陶瓷复合靶产生的侵彻影响。结果表明：陶瓷材料以其较高的硬度有效的使得长杆弹头产生较大的变形,从而阻止侵彻深度的增加。特定组成成分的陶瓷复合装甲只对一定速度范围内的侵彻体有较好的防御效果。     

大装填比弹侵彻钢筋混凝土实验研究

设计了一种薄壁弹体,采用YOUNG方程预估该弹体侵彻混凝土靶板的侵彻深度,采用SAMPLL程序预估轴向过载。运用LS-DYNA软件分析弹体的侵彻过程,对材料力学性能进行实验研究。通过在130 mm气炮上的一系列弹体侵彻钢筋混凝土靶实验,考核了弹体的结构强度和侵彻深度。结果表明：弹体在低速侵彻钢筋混凝土靶板时结构不会发生破坏,300 m/s速度下具备侵彻贯穿600 mm钢筋混凝土层的能力。     

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。     

钢制长杆弹斜侵彻中厚靶板数值模拟

利用大型动力有限元分析软件,采用Johnson-Cook动态本构模型,对长杆弹侵彻中厚靶问题进行了数值模拟,给出了弹体与靶体的破坏变形发展过程及应力波传播过程,得到了弹体的受力曲线,数值模拟结果与已有的试验现象吻合较好。     

长杆弹侵彻半无限靶板流体动力学理论

 针对长杆弹垂直侵彻半无限金属靶板,基于侵彻流体动力学理论,研究结果和理论分析成果,从最简单的Bernoulli 方程出发,逐步推导、分析和讨论长杆弹垂直侵彻半无限金属靶板的相关理论。根据实验观察结果结合理论分析、数值仿真讨论了HTP模型的内涵、适用范围和局限性,给出了HTP 模型的基本假设;考虑靶板强度的影响,进而分析AR 模型的相关应用与内涵,并在此基础上讨论了弹体强度的影响,提出了改进的AR 模型,该模型是AR 模型向AT 模型过渡的一个模型,并讨论了该模型的适用性;结合数值研究和现有实验结果,分析了侵彻过程中弹体的速度特征,最后,分析了AT 模型的推导过程、内涵以及相关应用。HTP 模型是建立在9 个基本假设的前提下成立的,本文主要针对后两个假设,逐步释放其限制,从而逐步接近实际情况。