活性破片引爆屏蔽装药机理研究

采用弹道实验对活性破片引爆屏蔽装药作用行为进行研究,且与同质量钨合金破片引爆能力进行对比,并基于AUTODYN-2D平台对破片冲击起爆屏蔽装药行为展开数值模拟研究,通过数值模拟与实验结果的对比得到活性破片引爆屏蔽装药机理.结果表明,10g活性破片在1 287m/s以上碰撞速度下,能可靠引爆设有10mm厚LY12硬铝或6mm厚A3钢面板的注装B炸药,而同质量钨合金破片在1 527m/s碰撞速度下,只能造成屏蔽装药碎裂而不能将其引爆.活性破片撞击金属面板后,自身在装药内部发生的剧烈化学反应是其引爆装药的主控机制,这显著降低了破片引爆屏蔽装药所需的动能.     

钨锆合金破片对钢板屏蔽燃油的穿燃实验

为研究钨锆合金破片对钢板屏蔽燃油的引燃机理. 进行了常用储油罐结构分析,设计了储油罐模拟靶标,进行4种不同类型的Φ6 mm×6 mm钨锆合金破片对屏蔽燃油的穿燃实验,通过高速录像获得油气混合物的引燃过程. 实验结果表明4种钨锆合金破片以800~1 600 m/s的撞击速度均可击穿6 mm厚Q235钢板后引燃0#柴油表面的油气混合物,却难以引燃柴油;钨锆合金破片对油气混合物的引燃效果与破片钢板后的释能特征和油气混合物分布结构相关.     

PTFE/Al活性破片碰撞三层间隔靶冲击响应行为

为研究PTFE/Al活性破片多次碰撞下冲击响应行为,开展了活性破片碰撞三层间隔铝靶实验并采用包含自定义状态方程的数值方法进行模拟,定量分析了活性破片冲击激活反应行为的时空分布与毁伤效应.结果表明,数值模拟中活性破片反应与空间分布情况与实验结果具有较好一致性,活性破片反应空间分布对中靶毁伤效果影响较大.中靶厚3.0 mm时,各碰撞速度下活性破片均主要于中靶前方发生反应;中靶的穿孔面积与隆起范围随着碰撞速度增加而增大,且靶板隆起范围远大于穿孔面积.中靶厚1.5 mm时,碰撞速度小于等于1 100 m/s时活性破片主要于中靶后方发生反应,碰撞速度提升至1 300 m/s后破片的主要反应位置转移至中靶前方;随着碰撞速度增加,中靶的穿孔面积呈先增大后减小趋势,隆起范围不断增加.     

破片对聚能装药战斗部冲击引爆数值模拟分析

针对二次破片引爆车内弹药毁伤效能难评估问题,分析了基于热点学说的冲击引爆临界速度准则. 利用数值模拟方法,以反应度为引爆判断参数,进行了冲击引爆过程中炸药内部压力与状态分析,验证了热点引爆学说;得到了聚能装药撞击位置、破片尺寸、破片材料等参数对冲击引爆影响规律,直径相同时,柱形破片的临界起爆速度比球形破片低;聚能装药残余弹体或二次破片完全有可能引爆车体内弹药,从而导致严重的二次效应,钢质破片有效尺寸约14 cm、速度约1800 m/s,或者钨质破片有效尺寸约14 cm、速度约1500 m/s就能发生冲击引爆.      

活性破片对钢板侵彻性能的实验研究

进行了弹道枪发射实验,研究了活性破片对钢板侵彻性能和毁伤效应。测量破片穿透不同厚度钢板的临界速度,采用高速摄影仪观察破片侵彻钢板过程和反应现象。实验结果表明,活性破片在497~1374 m/s速度范围内,撞击钢板时发生了反应,并伴随有强烈的燃烧、爆炸现象。在战斗部设计关心的1 500~2 200 m/s范围内,活性破片对典型的6 mm厚等效钢板具有足够的侵彻能力;且穿孔直径大于惰性钢破片。聚合物基体材料的强度低和撞靶反应是造成活性破片侵彻穿甲能力弱于钢破片的主要原因。活性材料强度和密度相对钢靶较低,导致撞击靶板过程中发生较大的镦粗变形以及侵靶过程中反应对靶孔产生径向膨胀效应使穿孔孔径增加。     

Zr77.1Cu13Ni9.9非晶合金破片侵彻LY12铝合金及TC4钛合金靶板毁伤后效及机理对比研究

锆基非晶合金是极具发展潜力的含能结构材料,由其制备的破片侵彻不同材质装甲时,会表现出显著不同的毁伤效果.本研究中利用弹道枪发射装置,针对Zr_77.1Cu₁₃Ni_9.9非晶合金破片,以1 200 m/s速度分别侵彻8 mm厚LY12铝合金和TC4钛合金屏蔽靶,结合高速摄影技术比较了破片碎裂形成碎片云并造成毁伤后效的过程;同时基于FEM/SPH自适应耦合法,再现了破片对两类屏蔽靶开坑、稳定侵彻、穿透等系列阶段,以及碎片云形成的复杂物理过程,揭示了其对后效靶的毁伤机理.结果表明,由于TC4钛合金相比LY12铝合金具有更高的强度,穿透TC4屏蔽靶所需的时间更长,且靶板内最大等效应力是后者的3倍左右;破片在侵彻TC4屏蔽靶时与靶板间发生了更强的相互作用,使得破片前端出现更大面积的高应变区域,由此导致破片发生了更严重的破碎并产生分布范围更大的碎片云,从而在后效靶上产生更大面积的损伤.     

心形装药结构的破片飞散特征与能量增益研究

为研究心形装药结构的破片飞散特征与能量增益效应,基于LS-DYNA对典型心形装药结构与同质量和尺寸的轴对称装药结构的破片驱动飞散、能量分布和对靶板侵彻作用效应进行了数值模拟,结果表明心形装药结构在径向飞散角-30°~30°内的破片比例为94.3%,而轴对称装药结构仅为16%.心形装药结构的破片速度在2097~349 m/s之间分布,平均速度虽明显低于轴对称装药结构,但在径向飞散角-5°~5°之间的破片总动能约是轴对称装药结构的4倍,能够明显提高定向方向范围内的破片分布密度和动能,增强对目标的侵彻作用效应.     

活性破片能量输出特性实验研究

针对活性破片毁伤威力评估问题,提出了一种动态测量活性破片能量输出特性的方法,采用弹道发射的方式,实验测量了3种不同配方活性破片的能量输出特性.结果表明,活性破片在强碰撞载荷作用下会发生爆炸性反应并释放大量化学能,能量释放率与碰撞速度密切相关,当活性破片以约1500m/s的速度与目标碰撞时,所释放的化学能约为动能的5倍, 大幅提高了毁伤目标的能力.     

破片侵彻含内衬碳纤维复合材料圆筒损伤机理

为研究含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的损伤机理,基于LS-DYNA有限元仿真软件,采用Chang-Chang损伤准则和Cohesive界面单元,建立了考虑分层损伤的含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的数值仿真模型。通过仿真计算破片对碳纤维复合材料圆筒的动态侵彻过程,得到了碳纤维层和金属内衬层的应力云图和损伤结果,研究了含内衬复合材料圆筒在破片侵彻作用下的损伤机理、吸能特性和破片初始速度对复合材料圆筒损伤模式的影响。研究结果表明：含内衬复合材料圆筒的损伤状态包括纤维断裂、层间分层、内衬凹陷、内衬破孔和复合材料层与内衬层分离。当破片速度为300 mm/s时,复合材料层的层间分层损伤程度处于较低状态,内衬层凹陷程度最大并形成破孔,复合材料层和内衬层的分离程度最大,内衬层的吸能比达到最大;当破片速度小于300 mm/s时,破片未完全穿透圆筒,复合材料层和内衬层的损伤程度较低,复合材料吸能比大于内衬层吸能比;当破片速度大于300 mm/s时,复合材料层的损伤模式为剪切冲塞,层间分层面积逐渐增大,内衬层凹陷程度逐渐降低,分离程度逐渐降低,内衬层吸能比降低并稳定在0.53左右。     

反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应研究

 研究反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应。设计了一种单发反应破片侵彻效应研究的试验装置,研究了反应破片在不同撞击速度下对中厚铝合金靶的侵彻效应;并利用AUTODYN-2D软件建立了反应破片侵彻中厚铝合金靶板效应的数值模拟方法。结果表明:Al/PTFE反应破片在高速撞击下具有动能和化学能双重毁伤效应,在1346~1645m/s的撞击速度下可发生点火和能量释放,在20mm厚铝合金靶上形成3.41~6.51mm的侵孔,在此基础上开展的数值模拟结果与试验结果也有较好吻合。     

2-3km/s初速下圆形破片对金属薄靶的侵彻效应分析

针对2 ～3 km/s初速条件下破片对金属薄靶的侵彻开展了实验和数值模拟研究,用LS-DYNA软件对该速度段下弹丸侵彻金属靶板的过程进行数值模拟,采用爆轰驱动装置发射钢质球形弹丸进行试验研究.分析了不同工况下靶板的毁伤模式,并与600 ～ 800 m/s这一低速段下靶板的毁伤模式进行对比分析.结果表明:数值模拟跟实验吻合较好,在该速度段下,球形钢质弹丸对靶板的毁伤模式主要为穿孔;垂直撞击时在靶板上形成延性扩孔,而在低速度段下,靶板上形成的穿孔直径几乎跟弹丸直径一样,没有形成延性扩孔;垂直侵彻时在钢靶上形成的扩孔直径比在铝靶上形成的扩孔直径大.     

弹丸垂直贯穿混凝土靶的数值研究

根据弹丸垂直贯穿混凝土靶实验数据确定混凝土材料计算参数,在此基础上利用LS-DYNA有限元软件研究弹丸着速对混凝土靶贯穿效应的影响.数值计算结果表明,当弹、靶材料及尺寸固定时,靶面漏斗坑直径、靶背崩落直径均随弹丸着速增大而增大,二者与着速近似成正比;贯穿过程中的最大过载也随着速增大而增大,但是不同着速下弹丸减速度曲线形态相似.     

LY-12铝合金熔化的临界碰撞速度

借助于二级轻气炮,实现了ＬＹ－１２铝合金弹丸以４￣６ｋｍ／ｓ的速度对铝双层板的超高速碰撞。对ＬＹ－１２铝合金球形弹丸超高速冲击铝双层板熔化的临界条件进行了研究。     

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.     

7.62mm步枪弹正冲击30CrMnSiA钢板破坏效应试验

采用Φ25口径弹道滑膛炮发射7.62 mm步枪弹头对经过某热处理工艺的4.1 mm厚30CrMnSiA钢板进行了正冲击弹道破坏效应试验.冲击速度为600～890 m/s.随着冲击速度的增加,通过试验分别观察到靶板的破坏模式依次经历隆起和盘形凹陷的塑性变形、花瓣型破坏以及冲塞型破坏3种模式.弹道极限速度在662 m/s左右.试验结果分析表明,对靶板的冲击效应主要体现在弹头内强度较高的钢芯上,但当冲击速度提高到一定程度之后,被甲的质量效应开始表现出来,形成继钢芯冲塞靶板之后的二次冲塞;冲击之后的弹头钢芯头部镦粗,且其镦粗程度随弹头冲击速度的提高逐渐降低,一般不发生质量侵蚀现象.     

碳化硅及氧化铝陶瓷反应装甲附带损伤研究

对SiC和Al_2O_3陶瓷反应装甲的附带损伤效应进行了试验。试验结果表明,SiC陶瓷破片平均直径要小于Al_2O_3陶瓷破片的平均直径;Al_2O_3陶瓷破片所造成的冲塞穿孔密度最高可达SiC陶瓷破片穿孔密度的7.6倍。经计算,Al_2O_3飞板破片初速为927.81 m/s,SiC飞板破片初速879.59 m/s,Al_2O_3陶瓷破片的极限杀伤距离为10.06 m,SiC陶瓷破片为5.15 m。等效厚度的SiC反应装甲的附带损伤效应要低于Al_2O_3陶瓷反应装甲的附带损伤效应。