爆轰驱动金属壳体断裂数值仿真研究

对破片形成及运动问题的研究在增强战斗部的毁伤效能中具有重要地位. 本文利用数值模拟方法对不同装药结构的破片战斗部壳体在爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行了仿真计算,仿真结果与理论计算结果相符,验证了数值模拟方法的可行性. 在此基础上对比分析了不同刻槽受控破片战斗部壳体断裂破片形成过程,得到了刻槽对破片速度的影响规律. 本文结果可为破片战斗部工程设计提供参考.     

横纵刻槽对半预制战斗部破片成型的影响

为分析壳体内刻槽对半预制战斗部破片成型的影响规律，开展了不同工况的仿真计算，并对典型工况进行了试验验证.利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，对爆炸载荷条件下破片的破碎断裂规律进行了研究，得到了横向刻槽与纵向刻槽的形状、深度等因素对破片成型的影响关系.研究结果表明:仅有横向刻槽时，将形成较多碎小破片；仅有纵向刻槽时，将形成杆条式破片；同时预制横向刻槽与纵向刻槽时，纵向刻槽深度应比横向刻槽深度小于20%，可得到大小均匀、质量可控的破片；刻槽形状采用"V+V"型或"锯齿（斜口朝起爆点）+V"型时，破片破碎控制效果较好.对典型工况开展了试验研究，试验结果与仿真计算结果较为相似，证明了仿真规律的正确性.      

内部爆炸加载下变壁厚壳体破碎性研究

为研究变壁厚壳体在内部爆炸加载下的破碎规律,设计了不同锥度的变壁厚壳体并分别从两端起爆,采用砂箱静爆法进行试验,回收了变壁厚壳体膨胀破裂生成的自然破片. 回收数据表明,从大端起爆时变壁厚壳体产生的破片数多于从小端起爆的情况,外表面锥度较大的壳体发生拉剪混合断裂的范围显著扩大. 采用Mott分布对破片数据进行拟合后,发现在相同结构下,从大端起爆时破片的特征质量更小. 基于Autodyn软件中的Stochastic随机破坏模型,对试验各工况进行了数值模拟,破片累积数分布结果与试验吻合较好,各工况之间的破片Mott特征质量规律与试验结果一致.      

内刻V形槽半预制破片战斗部壳体的断裂准则

以内刻V形槽战斗部圆柱壳体为研究对象,研究了其在内爆轰载荷下的临界断裂准则.利用数值模拟方法得到应力集中系数与内刻槽圆柱壳体几何结构参量关系的函数表达式,考虑应力集中效应对孔洞或裂纹的加速增长效应,修正损伤度演化模型方程,在假定柱壳自然膨胀率为常数的基础上,推导出内刻槽圆柱壳体的临界断裂应变判据.实验结果表明,断裂参数理论计算结果与实验结果比较一致.     

不同材料壳体装药对爆破威力影响分析

针对装药壳体材料对爆破威力影响,对典型复合材料壳体、D6A钢壳体装药在空气中的爆炸破坏效应进行了数值分析及试验研究.研究表明,同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸产生的空气冲击波超压较钢壳体装药大;碳纤维复合壳体装药爆炸不会产生破片对远距离目标造成破坏;而D6A钢壳体装药爆炸产生的破片对远距离目标具有一定的杀伤效应.进行了2种材料壳体装药在空气中爆炸毁伤威力对比试验,试验超压测量结果与数值计算结果相一致.     

壳体材料性能对预控破片威力的影响

采用局部淬火技术对40Cr和40Cr Mn Si B壳体进行预制破片。考察了淬硬层组织和冲击功变化特征,最后分析了壳体材料性能对预控破片威力的影响规律。研究结果表明:由于瞬间的重熔-凝固作用,两种壳体的淬硬层组织主要为针状马氏体,晶粒细化但冲击功下降,脆化倾向明显。40Cr Mn Si B钢由于较好的淬透性和强韧性匹配,局部淬火后材料的韧性优于于40Cr钢,有利于壳体发生大幅度膨胀变形,使预控破片获得更多的动能,造成更强的破坏作用,与破片威力实验结果相吻合。     

激光重熔预控破片子弹性能研究

为获得形状规则、表面光滑、硬度较高的预控破片,提出激光重熔预控破片的研究。某型号火箭弹配用子弹壳体采用激光重熔技术形成预控破片,通过子弹壳体解剖、检测试验及子弹地面性能威力试验,表明子弹壳体金相组织均匀性较好,表面硬度有明显提高,子弹静破甲垂直穿深、密集杀伤半径、破甲侵彻能力均满足指标要求,验证了激光重熔技术用于子弹壳体刻槽的可行性。     

奥克托今基战斗部装药与壳体匹配关系的数值模拟

自然破片战斗部装药与壳体之间的匹配关系对破片的形成起着至关重要的作用,破片的数量直接影响战斗部的毁伤威力。本文以某HMX基浇注PBX炸药作为杀爆战斗部主装药,为研究主装药与壳体材料及厚度之间的匹配关系,建立简化缩比战斗部有限元模型,选取30CrMnSi、4340钢、45钢三种材质作为壳体材料,并设置每种壳体的厚度分别为5 mm、5.5 mm、6 mm、6.5 mm、7 mm,采用AUTODYN软件中的Stochastic随机破坏模型对自然破片战斗部的爆炸过程进行模拟。结果表明,当主装药浇注PBX炸药爆炸时,壳体厚度为6.5 mm的4340钢作产生的有效破片数量最多,为325 个,并且有效破片占破片总数的比例较优,达到43.10%;其动能大于98 J的破片数量最多,为276 个。研究结果可以为杀爆战斗部的设计提供一定理论支撑。     

爆炸载荷下金属材料断裂机制的实验研究

通过爆炸加载试验观察分析其金相组织,研究低碳钢和硅锰钢材料的裂纹生成、扩展和断裂机制,为榴弹威力设计、破片控制提供依据。研究表明,低碳钢壳体断裂机理属剪切断裂,而硅锰钢壳体断裂机理则是以径向断裂为主。     

奥克托今（HMX）基塑料粘结炸药（PBX）驱动不同金属圆筒试验及数值模拟

为研究某HMX基PBX炸药对不同材料金属壳体的驱动加速能力,参照25mm标准圆筒试验,研究了该炸药对无氧铜Cu、钛合金TC4和高强度钢G50三种壳体材料的做功能力,获得了圆筒壁的膨胀过程及最大膨胀速度,并与理论计算值和数值模拟结果进行了对比。研究表明：该炸药爆轰驱动不同壳体材料的膨胀破裂时间和破裂半径存在差异,且对低密度钛合金壳体材料的驱动能力最强;圆筒试验件破片初速理论计算值、数值模拟结果与试验值吻合较好,相对误差均在10%以内;相比标准圆筒试验只考虑炸药对单一金属铜管的驱动加速能力,研究结果可为该炸药与武器弹药壳体材料的匹配设计提供参考。     

立方形破片对钢靶的穿甲威力研究

利用14.5 mm弹道枪通过六射弹弹道极限法,结合LS-DYNA数值计算法研究了8 g立方形钢破片和3 g、8 g立方形钨合金破片垂直侵彻Q235钢靶板的v50弹道极限速度,并分析了三种类型破片在v50弹道极限速度附近的穿甲机理、穿甲威力等。结果表明,三种破片在侵彻靶板时具有相同的穿甲机理,两种类型的钨合金破片具有良好的穿甲效果。在冲击比动能相差不大的情况下,贯穿5 mm靶时,破片材料的密度是影响穿甲威力的主要因素;而贯穿10 mm靶时,破片的密度和质量共同决定着破片的穿甲威力。     

高碳低合金钢丝拉拔杯锥断口的成因

对高碳低合金钢丝拉拔杯锥断口形成的原因进行了实验分析，结果表明，高碳低合金钢丝拉拔杯锥断口的根本原因是钢丝芯部组织缺陷和钢丝拉拔过程中芯部与外层的不均匀变形共同作用的结果。通过提高盘条钢质的纯度和均匀度，改善拉拔工艺，降低拉拔摩擦系数，可以显著减少杯锥断口的发生。     

超高强度钢在大气环境中应力腐蚀行为研究

 采用慢应变速率拉伸测试技术研究了一种新型超高强度不锈钢Cr12的应力腐蚀开裂(SCC)行为,结合扫描电镜对应力腐蚀断口形貌进行观察和分析.结果表明,Cr12钢的空拉试样有明显的颈缩现象,断口四周平齐,为裂纹的起源与快速扩展区,以准解理断裂形貌为主.在弱酸性溶液中SCC敏感性增大,断口仍为准解理形貌,局部出现滑移台阶.在弱酸性气氛环境中,氧在薄液膜中的扩散能更快地到达金属表面,阴极反应的供氧量充足,阴极极化强化,钝化膜的稳定性和完整性受到破坏,点蚀更容易发生,从而增大了其SCC敏感性.Cl－通过诱发点蚀形成和阻碍钝化膜修复显著提高了Cr12钢的应力腐蚀敏感性,降低了钢的强度和塑性.应力腐蚀裂纹起源于点蚀坑处,SCC机制可用滑移－膜破裂理论进行解释.     

结构钢动态断裂机理

文章对结构钢材料（GrNiMoV钢）高速冲击下的断裂行为进行了研究，研究表明断裂过程是一损伤演化过程。得出了GrNiMoV钢断裂机理：一是在晶界三叉点处裂纹成核，沿细晶方向扩展，最终断裂；二是沿绝热剪切带的开裂。     

压裂泵阀箱钢43CrNi2MoV疲劳断裂的试验研究

本文介绍了1050型压裂泵阀箱钢—43CrNi2MoV的疲劳断裂试验研究。一系列的实验表明,回火温度影响着钢的疲劳断裂强度,在约620℃回火时,可以获得高的疲劳断裂抗力;表面淬火后再喷丸硬化和表面爆炸强化可以明显提高钢的疲劳寿命;25%的盐酸溶液使钢的裂纹形成和扩展加快。     

20Mn钢复相组织变形和断裂过程的研究

本文利用透射电子显微分析技术对20Mn钢复相组织的变形和断裂规律进行了原位观察,研究变形过程中组织结构对强化过程的影响,特别是形变强化指数、变形量和组织三者之间的关系;同时对试验钢的断裂机制进行了分析,即观察扩展裂纹前沿位错组态的变化及裂纹的动态扩展过程。     

Ni9铸钢沿晶断裂的研究

观察了Ｎｉ９铸钢的断口形貌，分析研究了沿晶断裂的形成原因，考察了稀土元素对沿晶断裂倾向的影响．结果表明Ｎｉ９铸钢中沿晶断裂的形成主要与杂质元素Ｈ、Ｐ在晶界偏聚有关．添加稀土后，钢的沿晶断裂倾向明显降低，脆性沿晶断裂消失．     

结构钢刻痕杆断裂试验

为研究结构钢断裂机理及抗断设防,对10个结构钢刻痕杆进行断裂试验,试验较为精确地记录了全程载荷-位移曲线和断裂载荷.试验结果表明,塑性变形只发生在刻槽处很小的范围内,lüders带局部区域的传播导致屈服平台不明显;初始裂纹始于颈缩中心部位的夹杂物或硬相粒子处,微孔的增长和合并导致延性断裂,试件最终断裂于应力三轴比率和等效应变都较高的刻痕根部,其断裂形式为正断与剪断混合型,断口为杯锥形,显示了断裂的定性规律.试验数据离散较小,试验结果与预测一致,为研究结构钢断裂机理及抗断理论提供了可靠的试验数据.