爆轰驱动破片二次排布技术探索性研究

To study the warhead by explosively loaded fragments, generating new damage model, a kind of at the bottom of explosives loaded directly tungsten alloy fragments is designed, using nine square format arranged in a manner, and by target as the witness of their damage mode. Via explosively loaded , in target a cross pattern on the way damage is obtained, and damage diameter is about 22. 5 times the diameter of the charge, increasing the damage of the target area. About designing warhead, that is a very promising way, also a new model of damage is in assessment mode, the work is worth further study.     

预制破片战斗部爆轰产物泄露数值模拟

预制破片战斗部具有破片质量和形状近似100%可控的优点,但其爆轰产物的过早泄露会影响破片的加速过程.为了分析爆轰产物泄露对破片威力的影响,利用数值模拟方法对某预制破片战斗部的爆轰泄露过程进行了研究,并分析了炸药采用不同仿真算法所得结果与试验的吻合情况.结果表明:端面中心起爆时,爆轰泄露主要发生在周向,对破片飞散形态影响较大;流固耦合算法计算得到的破片速度和飞散角与试验吻合最好,最小平均相对误差分别为1.12%和0.56%;综合计算鲁棒性、计算精度、计算时间等,流固耦合算法较适用于爆轰产物泄露的研究.      

爆轰加载下双层预制破片初速梯度研究

通过分析双层方形和球形预制破片的典型排布方式及受力状态,建立了双层破片的单元实验模型;并采用闪光X射线摄影法获得了内外层破片在爆轰加载下的初速;同时,结合数值模拟方法,分析了破片在加载过程中的应力分布状态。结果表明:外、内层方形破片的初速比为1.6,而外、内层球形破片的初速比为1.7;外层方形破片的最大应力高于球形破片,其破损程度也较球形破片更为明显。     

反步兵地雷预制破片材料对破片初速及飞散的影响

利用ANSYS/LS-DYNA软件对钨球、钢球两种预制破片材料的速度及飞散情况进行数值模拟,分析研究了钨球、钢球预制破片的速度、加速度和位移的数值模拟差异。结果表明采用钨球作为破片材料更合理。     

预制破片对空中目标杀伤威力分析

文中建立了预制破片对空中目标杀伤威力的模型。初步计算出某口径榴弹在不同尺寸下、距爆心不同距离处、对不同厚度的防护装甲侵彻时所需临界速度,总结出破片存速随飞行距离变化规律、最大侵彻深度与破片尺寸、破片存速的关系,为弹丸的优化设计提供理论依据。     

复合纤维材料在预制破片弹上的应用

 为提高预制破片弹丸携带的有效载荷量,增强其综合毁伤威力,采用理论与试验相结合的方法对复合纤维材料代替金属材料作为预制破片包覆层的发射强度进行了计算分析。结果表明,在高过载条件下,碳纤维T700S和钢材料作为包覆层材料均能满足强度要求,而E玻璃纤维作为包覆层材料则不能满足。此外,使用复合纤维材料的成本也比钢材料要低。研究结果对复合纤维材料在相关弹药上的应用前景具有重要的参考意义。     

圆柱装药爆轰驱动的动力学模型

目的　研究圆柱装药爆轰驱动问题; 方法　在一定假设条件下建立圆柱装药爆轰驱动壳体膨胀的动力学模型和计算方法,针对算例进行计算,并对比Ｇｕｒｎｅｙ 模型计算结果和二维数值模拟结果分析其适用性;结果　得到了动力学模型; 结论　动力学模型能够反映爆轰驱动过程的本质并具有工程应用价值;     

冲击波和预制破片复合作用下H型

为探究H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片复合作用下的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过在圆柱形TNT炸药柱身外贴预制破片来模拟爆炸产生的冲击波和破片对钢柱的损伤破坏。分析了冲击波载荷、破片群载荷及复合载荷作用下H型钢柱动态响应的差异。同时,通过参数化分析方法,探究了在冲击波和预制破片复合作用下轴压比、钢材强度、长细比和截面类型等因素对H型钢柱损伤效应的影响规律。结果表明：近爆作用下冲击波和预制破片的复合载荷作用具有叠加增强效应,复合载荷作用大于单一载荷作用效果的线性叠加;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力,钢材强度等级为Q235时,轴压比不宜大于0.4。应合理选择钢材强度等级,而不要盲目选择高强钢材。通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大。圆管型截面钢柱的抗爆能力最好,H型截面次之,箱形截面最差。本文成果可为钢结构抗爆理论和防护技术提供参考。     

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.      

爆轰驱动金属铝界面不稳定性的数值分析

采用自行研制的弹塑性流体动力学程序对爆轰驱动金属铝界面不稳定性进行了数值研究.分别计算了将铝片作为流体或弹塑性固体来处理的情形,并将计算结果与试验结果进行了比较.研究结果表明：对于爆轰驱动金属界面不稳定性的数值计算必须考虑弹塑性效应,用纯流体模型计算结果与实验结果相差很大,当考虑了弹塑性效应后计算结果与试验结果符合很好;对于金属界面不稳定性发展存在截止波长;当扰动波长由小变大时,扰动从基本不发展变化到以指数规律增长.     

防护材料对爆炸驱动反应破片的影响

 研究了反应破片战斗部在爆轰驱动下反应破片的加载过程。利用AUTODYN-3D有限元计算软件,针对含能破片战斗部作用的特点,建立了破片抛射速度和主装药、隔爆层、破片等参数的数学模型,模拟了主炸药的起爆、爆轰波的传播、防护材料的作用及对破片的初始驱动过程;通过研究不同防护材料对爆炸冲击波的衰减特性,在满足反应破片抛射初速的前提下保证破片不破坏且有足够的抛射速度;对爆炸驱动过程进行理论分析和数值模拟,验证所设计的防护材料对反应破片的防护性能;对理论计算和数值模拟结果进行比较,并分析各影响因素,结论可为含能破片战斗部结构设计提供依据。     

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.     

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.     

轴对称地维氢氧爆轰驱动激波管的模拟

对由前向爆轰产生驱动气体并具有局部锥形收缩截面的轴对称激波管利用两相常比热完全气体的欧位方程组和有限体积TVD格式在局部下在交的网格上进行了二维数值模拟。将消除两种介质界面处数值振荡的新方法成功地推广到二维情况。分析了该激波管力学特性。     

定向战斗部复合装药爆轰的超压区域及破片增益特性的机理分析

针对定向战斗部破片分布密度增益不理想的情况提出其复合装药结构新途径. 理论分析了定向起爆下相向爆轰波碰撞的局部超压区特性,建立了复合装药结构定向战斗部的仿真模型,用Ls-Dyna-3D程序模拟,并分析了不同偏心起爆模式下破片速度和密度的增益. 结果表明,定向战斗部中相向爆轰波产生的超压区域是产生破片速度增益的直接原因,采用复合装药结构,可明显增加定向区内破片的分布密度,采用三相线起爆模式可得到最佳的破片速度和分布密度增益.      

浇注PBX装药爆炸壳体破片分布特性

为了研究浇注PBX炸药装药爆炸壳体破片分布与炸药、壳体等的影响关系,采用典型浇注PBX炸药配方PBX-1装填不同壁厚的模拟弹,开展了模拟弹装药的水井爆炸破碎性试验。爆炸后破片回收率较好,对回收破片的数目分布、质量分布进行了统计分析,获得了破片分布与壁厚之间的规律,结合Payman模型进行了破碎性参数的分析计算,获得了破碎性参数与炸药装药之间的关系,并结合壳体破碎性对不同壁厚壳体炸药装药的有效杀伤距离进行了对比分析。     

不同热处理条件下半预制破片战斗部壳体的金相观察分析

为研究不同热处理条件下内刻V形槽20#钢圆柱壳体的破裂机理,进行了爆炸加载破片回收试验,并观测其断面金相组织.结果分析表明:破片以韧性断裂为主,不同的原始组织对断裂模式有一定影响;淬火钢强度高,易形成绝热剪切带,利于控制破片形状和大小;裂纹源开始于刻槽根部,从壳体内表面延伸至外表面,引起壳体破裂.     

冲击波和预制破片联合作用下H型钢柱抗爆设计

为分析近距爆炸冲击波和预制破片联合载荷作用下H型钢柱的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS-LSDYNA,采用参数化研究方法,在圆柱型炸药外侧设置预制破片,对钢柱的截面尺寸、炸药的比例距离和钢柱的防护加固进行定量研究。研究结果表明:在相同用钢量下,为提高钢柱的抗爆能力,应尽量选择翼缘宽度小于等于腹板高度的截面类型;腹板厚度较厚时,钢柱不易发生屈曲失稳破坏;较小的高厚比和宽厚比有利于提升钢柱的抗爆性能;在比例距离相同时,炸药量对钢柱的抗爆性能影响较大,在钢柱抗爆设计时应将炸药量作为主要考虑因素;在炸药量相同时,随着距离因素R增加,钢柱的破坏程度逐渐降低,但最终破坏作用呈现趋同的效果;在距离因素R相同时,随着炸药量的增加,钢柱的破坏程度逐渐加重,且破坏效果具有加速破坏效应。外粘CFRP材料对H型钢柱防护效果良好,从经济性考虑,黏结1层CFRP板就能起到很好的防护效果。     

多层预制破片战斗部数值仿真方法及起爆方式影响

为研究多层预制破片的飞散规律,对某结构多层预制破片战斗部的数值仿真方法和爆轰驱动特性进行分析.通过对比流固耦合模型、单层网格模型和小角度模型的适用性,采用侵蚀单面自动接触算法,建立合理的数值计算模型.利用LS-DYNA软件,对单点、对称两点和三点起爆方式下爆轰波传播特性、多层预制破片飞散形态、破片初速和飞散角进行计算和比较.计算结果表明,数值计算模型可以考虑多层破片之间的挤压、摩擦和翻滚效应;对称两点起爆和三点起爆可有效提高预制破片的最大初速和平均初速;起爆点数量增加,密集破片区域飞散角逐渐增大.     

轴对称二维氢氧爆轰驱动激波管的模拟

对由前向爆轰产生驱动气体并具有局部锥形收缩截面的轴对称激波管利用两相常比热完全气体的欧拉方程组和有限体积TVD格式在局部正交的网格上进行了二维数值模拟.将消除两种介质界面处数值振荡的新方法成功地推广到二维情况.分析了该激波管的力学特性.