多模毁伤元形成与侵彻效应的数值模拟

研究改变起爆方式使Octol炸药和球缺紫铜药型罩的柱锥型战斗部形成爆炸成型弹丸和杆式侵彻体两种毁伤元,采用AUTODYN-2D软件对点起爆和环形起爆方式下毁伤元形成与侵彻装甲钢靶进行数值模拟,分析起爆位置对毁伤元成形和侵彻能力的影响. 数值模拟结果表明,相同战斗部结构在5Dk(Dk为装药直径)炸高下,理想环形起爆半径条件下形成的杆式侵彻体对装甲钢的侵彻深度约为爆炸成型弹丸侵彻深度的2倍.     

结构参数对EFP成型影响的数值模拟

应用AUTODYN-2D软件对带有铝外壳的爆炸成型弹丸(EFP)形成过程进行数值模拟.研究了壳体厚度、药型罩曲率等因素对EFP成形的影响规律,得出形成理想EFP外形的各结构参数之间的关系.并对比分析了铝壳和钢壳形成理想EFP的条件差异.研究结果可应用于轻型壳体的EFP战斗部结构设计.     

带尾翼EFP形成的三维数值模拟研究

带尾翼的杆状爆炸成形侵彻体(explosively formed penetrator,简称EFP)具有良好的飞行稳定性和侵彻性能.在对能形成该种类型EFP的战斗部结构形式进行分析的基础上,以两种典型的结构形式(异形壳体和多点起爆)为例,采用AUTODYN-3D软件进行了EFP成形的三维数值模拟,得到了尾部带有不同形状尾翼的爆炸成形侵彻体.计算结果对于EFP战斗部的设计具有重要的参考价值.     

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。     

钢模拟爆炸成形弹丸(EFP)飞行特性及对大间隔靶的侵彻实验

为考察现有设计水平下，爆炸成形弹丸EFP（Explosively Formed Projectiles)的飞行特性及侵彻威力，用37火炮发射长径比为1．5的钢EFP的模拟弹丸，其着靶速度在1．3km左右，对大间隔的多层A3薄钢靶板进行侵彻，弹丸贯穿了5层靶，质量损失较小。利用高速摄影考察了EFP在靶间的飞行姿态变化，分析了EFP对多层大间隔靶侵彻的作用过程及其机理。实验结果和分析表明，所设计的EFP具有较为理想的飞行稳定性，对多层间隔侵彻能力强 ，为设计攻击舰艇等装甲目标的战斗部装药结构提供了较重要的参数。     

隔栅对EFP破片成型及侵彻的影响

采用在成型装药前端加装金属隔栅的方法形成爆炸成型弹丸(EFP)破片模态,利用LS-DYNA程序仿真研究了隔栅对EFP破片成型及侵彻的影响,得到隔栅位置和结构对形成EFP破片速度和飞散情况的影响规律。研究结果表明,隔栅单元格边长为0.2倍装药口径、隔栅与药型罩端部之间的距离为1/12倍装药口径时,形成的EFP破片速度和散布面积较佳。采用优化的隔栅结构进行试验,试验与数值模拟结果吻合较好,说明该文结果可为多模成型装药的进一步研究提供参考。     

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.     

三层串联EFP成型与分离行为

针对三层串联EFP成型及分离问题,采用数值模拟方法,描述了三层串联EFP成型过程,揭示了三层药型罩材料匹配对串联EFP分离行为的影响规律.结果表明：三层串联EFP成型过程包括冲击、闭合和自由飞行三个阶段.冲击阶段：三层罩主要在轴向发生相互碰撞,实现动能交换,形成速度差,是导致三层串联EFP分离的主要原因;闭合阶段：三层罩逐渐拉伸闭合,并同时在径向和轴向发生碰撞,影响三层罩的成型和分离特性;自由飞行阶段：三层串联EFP形貌和速度趋于稳定,彼此间不再发生碰撞,三层串联EFP之间的距离随时间逐步增大.与此同时,三层药型罩材料匹配显著影响串联EFP分离行为,45#钢罩能够实现与前铜罩的快速分离,同时阻滞后铜罩的有效分离.进一步与脉冲X光实验结果相比,数值模拟与实验结果基本吻合,验证了数值模拟的有效性.     

三层串联EFP成型与分离行为

针对三层串联EFP成型及分离问题,采用数值模拟方法,描述了三层串联EFP成型过程,揭示了三层药型罩材料匹配对串联EFP分离行为的影响规律.结果表明:三层串联EFP成型过程包括冲击、闭合和自由飞行三个阶段.冲击阶段:三层罩主要在轴向发生相互碰撞,实现动能交换,形成速度差,是导致三层串联EFP分离的主要原因;闭合阶段:三层罩逐渐拉伸闭合,并同时在径向和轴向发生碰撞,影响三层罩的成型和分离特性;自由飞行阶段:三层串联EFP形貌和速度趋于稳定,彼此间不再发生碰撞,三层串联EFP之间的距离随时间逐步增大.与此同时,三层药型罩材料匹配显著影响串联EFP分离行为,45#钢罩能够实现与前铜罩的快速分离,同时阻滞后铜罩的有效分离.进一步与脉冲X光实验结果相比,数值模拟与实验结果基本吻合,验证了数值模拟的有效性.      

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.     

网格对混凝土侵彻数值模拟的影响

研究动能弹侵彻混凝土类问题的数值模拟计算中,网格单元尺寸的划分对计算结果的影响规律,找出合理的网格尺寸取值范围.应用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,对57 mm口径尖头弹丸以300 m/s着速垂直侵彻直径1.6 m,厚1 m的混凝土靶板进行仿真计算,得到了靶板不同计算网格尺寸条件下的侵彻深度、侵彻过载以及损伤区数据.通过对比分析确定,为得到比较理想的计算结果,弹丸半径和网格边长的比值λ应该在6.0左右取值.     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的ALE算法

采用LS-DYNA3D有限元计算软件中ALE算法描述对爆炸成型弹丸成型过程以及对45^#钢靶板的侵彻过程进行了数值模拟和分析。在模拟过程中考虑了空气的存在,计算模型同实际基本相符。通过模拟,证明了ALE算法综合了纯Langrange和纯Euler法的优点,为研究爆炸成型弹丸侵彻问题提供了一个新的研究方法。     

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.     

陶瓷/金属复合靶板侵彻问题的数值模拟

利用大型非线性有限元程序LS—DYNA,对陶瓷／金属复合靶板的侵彻问题进行数值模拟,研究了陶瓷面板中锥形破坏区的形成过程．金属背板的弯曲及撕裂过程和弹体的墩粗变形及弹头消蚀过程．给出了背板背面中点和弹体尾部的位置坐标随时间的变化曲线,并将模拟结果与理论模型分析结果和实验结果进行了对比,发现三者吻合很好．文中还分析了不同陶瓷面板和金属背板厚度比对复合靶板抗弹能力的影响,结果表明,要提高靶板的抗弹能力,一定存在一个最佳的厚度比,这一结论对复合靶板设计具有参考价值．     

地雷战斗部爆炸成型弹丸速度影响因素

采用LS-DYNA3D对K．Weimann等人做的爆炸成型弹丸实验进行了数值模拟,其模拟结果与实验结果具有较好的一致性。在此模拟的基础上着重分析了装药长径比、壳体厚度、药型罩壁厚对爆炸成型弹丸速度的影响规律,得到了有关爆炸成型弹丸成型速度关系式,为优化爆炸成型弹丸设计提供参考。     

高速弹丸侵彻靶板能力及影响因素的数值研究

为改进和提高穿甲弹的侵彻性能，给弹丸设计过程中的参数优化提供理论依据，利用非线性动力有限元分析程序，对高速弹丸侵彻均质靶板进行了数值模拟。通过对弹丸侵彻靶板各种影响因素的数值模拟以及对计算结果的分析表明，弹丸对靶板的侵彻能力不是取决于它的整体功能，而是当靶板参数和弹材固定时，可用弹丸初始横截面积比动能来标志，数值模拟结果与现有的经验公式符合很好。     

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。     

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。