聚能射流形成及破甲过程的数值模拟分析

通过有限元显式动力分析软件的显式算法,对工程普遍使用的某一型号石油射孔弹装药爆破的聚能射流形成过程和对射孔枪壁的侵彻作用进行了数值模拟,对其模拟结果进行了讨论.分析了与破甲深度密切相关的炸高参数的特性.计算结果与射孔枪聚能射流形成及破甲的物理现象和规律相吻合,说明该计算模型和模拟方法合理、可行,可用于聚能装药的优化设计,对石油射孔弹生产及科研有一定的作用.     

三种聚能装药结构形成射流的对比分析

为了对比不同聚能装药结构形成射流的特性,应用改进的PER理论模型,结合Autodyn有限元软件,理论和数值模拟研究了单锥罩、带隔板单锥罩和带隔板偏心亚半球罩三种装药结构的射流成型过程。计算了药型罩绝对压垮速度、绝对偏转角、压垮角、射流速度、射流质量等成型参数,获得了三种装药结构形成射流的形状。结果表明,带隔板偏心亚半球罩形成射流效果最佳,其质量堆积点位置降低了约20%,射流质量占药型罩质量提高了12.2%。数值模拟与理论计算结果吻合较好,研究结果为聚能装药战斗部的设计提供参考。     

线型聚能装药射流形成过程的数值模拟

聚能射流形式过程的研究对于正确认识射流侵彻理论具有重要的意义。根据线型聚能药的结构特点,利用DYNA3D显式有限元程序对线型聚能射流的形成过程进行了数值模拟。模型探讨了线型聚能装药爆炸的诸多重要物理特性,如药型罩的压垮、射流形成和拉伸以及体杵体的“体缩”现象。还分析了线型聚能射流形成过程中速度、密度、温度等参数的分布特性,得出了射流有逆向速度梯度和杵体存在“体缩”现象听结论,其结果与现有的理论分成果基本一致。     

新型聚能装药爆炸成型杆式射流数值模拟及试验研究

为解决杆式射流炸药能量利用率低、速度小等缺点,提出了一种新型高速杆式聚能装药结构,基于Autodyn软件分析了高速杆式射流的形成过程,给出了药型罩及附加装置截顶高度对杆式射流成型的影响,优化出了射流速度高、速度梯度小的杆式聚能装药结构并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用的计算方法、材料模型及相关参数是合理的,验证了数值模拟的正确性,对进一步优化高速杆式射流设计具有一定的借鉴意义.      

钨合金药型罩材料的大破孔聚能战斗部研究

为得到大尺寸破甲孔径,提出了采用钨合金作为药型罩材料的大破孔聚能战斗部设计方案. 以聚能装药射流成形及侵彻理论为基础,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究钨合金药型罩结构参数、材料组分及加工工艺对靶板的大孔径破甲的影响. 结果表明,采用粉末型钨合金为药型罩材料的聚能战斗部,在保证具有相同或略大的破甲深度的同时明显增大了破甲孔径.     

药型罩锥角和壁厚对聚能射流速度影响的分析

本文采用数值模拟方法,对药型罩结构进行优化设计,建立了金属射流形成过程计算模型,采用自适应网格技术,计算分析了不同锥角和壁厚对聚能装药射流速度的影响. 设计了射流穿靶实验,采用靶网测速法测量了金属射流的速度,通过观察金属射流形成的杵体及侵彻靶板的孔径,获得了金属射流的直径. 结果表明设计的聚能装药射流在炸高40 mm处的平均速度为7800 m/s,射流直径为7.55 mm左右.     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

液体炸药线性聚能切割器实践与理论分析

本文通过正文试验和重复性试验,得到液体炸药线性聚能切割器各结构参数对切深的影响规律;切割2～4厘米厚的普通钢板时,切割器的最佳参数匹配;根据线性聚能装药的特点,建立压垮过程的差分计算模型,采用全部显函形式的差分格式对变药厚切割器的切深进行数值计算,其计算结果与试验值吻合较好。     

药型罩对聚能射流速度影响的数值模拟分析

为了研究药型罩对聚能射流破甲威力的影响,利用LS-DYNA动力有限元计算程序对聚能射流形成过程进行了数值模拟.在此基础上着重应用数值模拟方法分析了药型罩锥角、药型罩壁厚、药型罩形状对聚能射流速度的影响,得到了射流速度与药型罩的关系,射流速度随药型罩锥角的减小而增加,随药型罩壁厚的增加而降低,喇叭形罩比圆锥罩速度大.从而为聚能射流药型罩的设计提供参考.     

聚能射流问题的数值模拟

基于多物质流体的Euler算法，用面向对象的C 语言自行编制了M-MMIC通用多物质二维流体弹塑性程序，对锥形聚能装药形成过程进行了数值模拟，并用VISC2D可视化软件对射流的形成过程进行动画演示，计算结果符合聚能射流形成的物理现象和规律，说明该物理模型和数值算法比较合理，可用于指导聚能破甲战斗部的工程设计。     

聚能装药作用下材料等效数值仿真

 采用实验方法确定目标毁伤研究中材料等效存在一定困难。为此,采用基于非线性动力学软件数值模拟仿真方法,研究聚能装药作用下材料的等效。首先利用AUTODYN非线性动力学软件,采用欧拉-拉格朗日的流固耦合方法,进行大量数值计算,通过比较相同计算时刻的破甲深度、所耗费时间以及射流头部速度等参数,确定对应于药型罩为某锥角值的最佳炸高。在此条件下,利用射流极限破甲剩余速度方法确定了两种钢材的等效系数,某新型装甲钢与45#钢的等效系数约为1.75。研究方法和研究结果对于某些弹药毁伤效能鉴定实验过程中等效靶的设置具有一定参考价值。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

基于不同状态方程的聚能装药爆轰波形对比及验证

为了对典型JO-9159聚能装药的爆轰波形进行分析,分别通过JWL状态方程、JWL与γ律联合方程表征JO-9159聚能装药的爆轰产物状态,计算得到了基于不同状态方程的爆轰波传播轨迹。采用高速扫描相机获得了该装药在特定位置处的爆轰波形随时间的变化规律,通过仿真与试验结果对比表明:通过JWL与γ律联合方程计算得到的爆轰波传播轨迹与试验结果更为接近,说明该方程可以更准确地描述JO-9159聚能装药的爆轰产物状态。研究结果可为聚能装药爆轰波形分析及破甲战斗部设计提供参考。     

聚能射流长靶距下的侵彻仿真模型

提出了一个用于长靶距下聚能装药的断裂射流侵彻能力预测数值仿真模型.因聚能射流有很大的速度梯度,当它飞行数倍于标准炸高的距离后,射流被拉断为碎段,其穿甲能力大为降低.基于非线性瞬态动力学程序AUTODYN,研究了聚能装药射流的形成和大靶距下的断裂射流对不同靶体的侵彻和贯穿模拟.通过与实验结果比较,给出了一个用于预测长靶距下聚能装药射流侵彻能力的计算模型.与实验数据比较,所给模型可给出准确的预测结果.     

新型环形聚能射流形成机理研究

为了解决环形聚能射流稳定性差、速度低等缺点,提出了一种新型环形聚能装药结构,基于正交优化方法,采用Autodyn软件对新型环形聚能装药结构进行了优化设计,给出了药型罩壁厚、药型罩曲率半径、聚焦装置锥角、喷孔直径及壳体厚度对射流头部轴向及径向速度的影响,优化出了径向偏转速度低的新型环形聚能射流,并进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果基本一致.数值模拟及实验结果均表明,文中提出的新型环形聚能装药结构能够形成环形破孔,在钢靶上破孔直径107 mm,深度28 mm.      

起爆方式对聚能射流性能影响的数值分析

应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对聚能装药在点起爆、面起爆、正向环形起爆和逆向环形起爆等不同起爆方式下的射流形成过程进行了三维数值模拟.计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响;不同的起爆方式在装药中产生不同的爆轰波形,当爆轰波波形与药型罩外表面越接近时,罩微元的压垮速度越高,导致射流头部速度越高;环形起爆形成的射流头部速度高于面起爆的,面起爆高于点起爆的,并且随着起爆直径的增大,面起爆与环形起爆所形成的射流头部速度逐渐增大.     

双锥罩聚能装药最佳炸高设计方法

为研究聚能装药最佳炸高的设计方法. 通过试验获得34°与40°两种上锥角双锥形药型罩聚能装药在6.0,6.5,7.0,7.5和8.0倍炸高条件下的静破甲深度;同时,进行了同实验工况的数值模拟方法研究;在数值模拟方法获得验证后,通过数值模拟获得了不同上锥角下炸高对双锥罩聚能装药破甲深度的影响规律. 利用内插值法建立了含药型罩锥角和炸高变量的双锥药型罩聚能装药静破甲深度计算公式,获得了静破甲深度随上锥角和炸高变化的三维曲面;据此,确立了双锥罩聚能装药的最佳炸高. 研究结果表明,实验与数值仿真结果一致,验证了所提出的双锥罩聚能装药炸高设计方法的可行性.      

聚能战斗部壳体与装药匹配性试验研究

针对聚能战斗部设计过程中常见的有隔板装药在带金属钢壳后破甲穿深明显下降、穿深稳定性变差的问题,采用爆炸产物一维膨胀流动模型,分析了作用于药型罩的爆炸载荷影响射流形成和破甲威力下降的原因。对有隔板聚能战斗部在带钢壳后的装药结构参数进行匹配性设计,通过试验验证了带壳后聚能战斗部的破甲威力。结果表明,装药匹配性设计后,带壳聚能战斗部的破甲威力已与无壳时的水平相当,达约10倍装药直径;相比较其穿孔直径增大20%以上,使相对应的射流穿孔容积提高了40%。可见,装药匹配性设计既解决了聚能战斗部带壳后的穿深下降等问题,又提高了射流对装甲目标的破甲/毁伤后效。     

不同材料模型药型罩数值仿真结果对比

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较。在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真。对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小。     

不同材料模型的药型罩对仿真结果的影响

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较.在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真.对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小.