锥形弹体侵彻过载分析

为研究锥形弹体侵彻过程中的过载特性,在新的侵彻近区速度场基础上,得到了锥形弹体侵彻过程中受到的阻力表达式,以及推广到多层介质中的阻力表达式。利用运动微方程建立了弹体在单层与多层介质中侵彻的过载计算方法,并将计算结果与国内外实验数据进行了对比。锥形弹体侵彻多层介质的过载时程曲线表明,过载的大小及其下降速率与侵彻速度和靶体强度有关。弹体以残余速度侵入下层介质时,若此层介质的强度大于前一层介质时,则会再次出现一个过载峰值。     

截锥形动能弹低速侵彻装甲靶过载研究

 基于空穴膨胀理论,建立了截锥形动能弹低速侵彻靶板过载计算模型,获得了着速、弹头锥度及靶板材料强度等因素对过载的影响特性。计算结果表明,在截锥形动能弹低速侵彻条件下,着速对侵彻过载影响显著,但对过载作用时间影响不大;弹头锥度和靶板材料强度对侵彻过载及过载作用时间有重要影响,侵彻过载和作用时间随弹头锥度及靶板材料强度减小而降低。最后,通过实验验证了计算结果的正确性。     

高g值侵彻过载测试相关技术研究

研究弹体侵彻过载特性具有重要意义,通过试验实测弹体过载,为系统研究过载特性提供可靠依据。目前,高g值侵彻过载测试技术已成为制约该研究的难点。本文介绍一种用于测量高g值侵彻过载的测试系统,并对其关键技术进行了深入研究。根据过载预测值,采用不同密度泡沫铝作为电路模块的缓冲材料可靠地保护了电路的安全,并根据模态分析安装配套支撑筒有效地解决了膛内结构共振问题。这些关键问题的解决保证了高g值侵彻过载测试的成功率。对实测过载时程曲线还进行了系统分析,表明借助高g值侵彻过载测试系统实测的侵彻过载与实际情况吻合得较好。     

弹体侵彻混凝土侧壁摩擦阻力研究

基于混凝土材料的动态球形空腔膨胀理论,建立了头部和侧壁分别具有不同摩擦系数的动能弹侵彻阻力模型,探讨了侧壁摩擦阻力对侵彻深度、过载曲线的影响以及不同初速度下侵彻阻力的构成.结果显示:对于CRH为3、长径比为7的卵形弹体侵彻45MPa混凝土,当弹体初速度介于800～1 300m/s时,忽略侧壁摩擦将会给侵深带来至少10%的误差;在侵彻过程中,侧壁阻力在总阻力中的比例一直在增大,侵彻结束瞬间达到最大;同时,在此速度范围内,侵彻阻力中的靶体惯性项不可忽略;当弹体初速度低于400m/s时,摩擦阻力和靶体惯性阻力对侵深的影响均可忽略.     

动能弹侵彻土壤混凝土复合介质的试验研究

采用火炮发射动能弹直接撞击土壤混凝土复合靶,通过观测试验后的弹靶状态,回放弹载加速度存储仪,获得弹丸在侵彻过程中的加速度曲线,分析了弹丸对土壤及混凝土复合介质的侵彻规律,该研究结果可为反深层坚固目标战斗及引信设计提供依据。     

混凝土靶的侵彻与穿甲理论

以笔者先前提出的控制刚性弹侵彻动力学的两个无量纲数(即撞击函数I和弹头形状函数N)为基础, 综述了笔者及其合作者在混凝土靶的侵彻与穿甲方面的理论模型工作,包括量纲分析、深层侵彻、浅层撞击,素混凝土靶的正/斜穿甲等,并进而拓展到钢筋混凝土靶的情形.给出了目前该领域国外的研究进展.     

静态旋转侵彻混凝土力学仿真与实验研究

为研究静态旋转侵彻过程中力学和结构参数之间的匹配关系,按照经典切削理论建立了静态旋转侵彻混凝土的经验公式,应用LS-DYNA软件对其作用过程进行了数值仿真。利用正交实验法进行了静态旋转侵彻混凝土模拟实验,并利用经典Levenberg-Marquardt算法拟合经验公式,得到了轴向力和扭矩、侵彻量、旋转侵彻体直径和旋转速度之间的经验关系。实验结果表明:经验公式与仿真结果相符合,旋转侵彻体直径对轴向力的影响较大,进给量对扭矩的影响较大,钻速对轴向力及扭矩的影响较小。     

刚性弹侵彻混凝土的内摩擦模型分析

为了建立反映侵彻近区材料变形与破坏特性的侵彻深度工程计算模型,基于地质类材料侵彻近区局部变形与破坏特点,在破碎区考虑介质的可压缩性和不可逆变形,在弹性区和裂纹区采用不可压缩介质描述。基于空腔膨胀理论构建了破碎区的运动学关系,利用裂纹失稳扩展的极值条件建立了混凝土侵彻阻抗的确定方法,得到了能够准确表征近区应变场与速度场的状态表达式,建立了锥形刚性弹对混凝土靶体的侵彻深度计算公式。通过算例计算,得到了不同工况下的计算结果且与试验结果吻合较好,验证了公式的正确性,说明所建模型可用于内摩擦型地质类材料的侵彻工程计算。     

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s<侵彻速度<1 700 m/s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(Explosion-3D). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 m/s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.     

混凝土侵彻试验相似准则验证分析

提出了用混凝土侵彻模型试验代替原型试验的方法,建立并验证了混凝土侵彻试验的相似准则.基于相似理论,推导了包括材料、弹速、着角、几何关系等因素的混凝土侵彻试验相似准则.为了验证相似准则,进行了1发原型试验和7发模型试验.由于模型试验的弹速不够接近原型试验的弹速,在模型试验数据处理中引入了灰色系统理论,建立了最大侵彻深度灰色预估模型.通过模型试验相应弹速的灰色预估值与原型试验结果的相似对比及误差分析,说明模型试验能够满足要求.     

增强活性粉末混凝土抗侵彻试验

为比较增强活性粉末混凝土在弹体作用下的抗侵彻性能,对钢筋混凝土、钢丝网和钢纤维分别增强的活性粉末混凝土靶件进行对比炮击试验。结果表明,钢丝网和钢纤维的增强作用较优。综合考虑经济性和工艺性,优选的抗侵彻材料是钢丝网增强活性粉末混凝土。     

椭圆截面弹体侵彻混凝土阻力特性研究

为研究椭圆截面异构型弹体侵彻混凝土过程中的弹体头部受力特性,开展圆形及等截面积不同长短轴之比的椭圆截面弹体侵彻混凝土过程数值模拟计算,对不同弹体侵彻过程中头部表面所受法向应力与法向速度关系进行了分析.获得了不同长短轴之比情况下的椭圆截面弹体头部表面所受法向应力与法向侵彻速度、单元所在位置角度之间的关系表达式,并进一步得到了椭圆截面弹体侵深计算公式.结果表明:与等截面积的圆形截面弹体相比,在相同法向速度情况下,椭圆截面弹体表面所受法向应力大小随着头部表面单元位置到椭圆中心距离的增大而增大;在侵彻速度相同时,弹体侵深随着截面长短轴之比的增大而增大.      

卵形弹丸侵彻混凝土靶的侵深经验公式

我们通过卵形弹丸侵彻无约束抗压强度名义值为１４ＭＰａ、３５ＭＰａ和９７ＭＰａ的混凝土靶体试验，来研究、处理侵彻试验的侵深。根据我们的试验数据和Ｃａｎｆｉｅｌｄ与Ｃｌａｔｏｒ提供的试验数据，我们推导出了一个卵形弹丸侵彻混凝土靶（正碰）的侵深计算经验公式。公式中包括一个单独的无量纲经验常数，该常数仅取决于靶体的抚约束抗压强度。我们通过对着速在２５０￣８００ｍ／ｓ范围内的六组侵彻数据中侵深与着速的分析、     

异形头部弹体中低速侵彻混凝土的实验研究

针对混凝土的脆性特点,设计了有预先破坏功能的异形头部弹体,进行了侵彻混凝土实验. 利用高速摄影仪记录了隧道区初始阶段的速度,通过比较隧道区的平均侵彻阻力,分析了异形头部弹体和卵形弹体的侵彻阻力. 基于Forrestal公式分析了卵形弹体静态侵彻阻力与异形头部弹体的差别. 实验和计算结果表明,异形头部弹体能有效减小侵彻阻力.      

椭球型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟研究

基于有限元法中心差分包软件LS-DYNA-970的平台上对三种椭球罩型聚能装药侵彻素混凝土试样的问题进行了3-D数值仿真研究。研究揭示了各种情况下金属侵彻体的形成过程和侵彻过程的机理。研究表明在药罩口径相同的前提下,椭球体长轴较长的装药结构在爆炸荷载作用下能形成头部速度高。弹身长径比大、整体质量分布合理的射流侵彻体,但其扩孔效果较差。在分析混凝土受力失效过程的同时,获得了在金属射流在不同侵彻深度下,混凝土的开孔孔径大小的数值结果。计算结果与文献中的实验数据相比吻合较好。     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.     

弹丸侵彻混凝土和钢筋混凝土的实验

实验用100 mm反坦克滑膛炮分别对混凝土靶和钢筋混凝土靶进行了射击,直径100 mm,长666 mm的卵形头部弹丸内部固定有一套加速度记录仪,以便测试并记录侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时程关系.研究发现侵彻混凝土和钢筋混凝土过程弹丸的加速度时程曲线可按其本身的规律划分为3个部分,各个部分代表了弹丸与靶体作用的不同阶段.侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度规律基本相同,但加入钢筋后靶板的结构更加复杂,使得侵彻过程中弹丸的加速度震荡更加剧烈.侵彻深度和靶板局部破坏实验结果表明,钢筋混凝土比混凝土抗侵彻能力强,有较强抗二次打击的能力.     

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.     

弹体斜侵彻混凝土薄靶的姿态变化规律数值模拟

为得到弹体斜侵彻混凝土薄靶后弹体姿态变化的规律,采用LS-DYNA非线性有限元程序进行数值模拟计算,通过与多种工况下弹体侵彻有限厚混凝土靶的实验结果进行比较,验证采用的数值模拟计算模型、网格设置、材料模型和参数等的合理性,并在此基础上计算不同质量弹体,在不同侵彻速度、初始倾角条件下弹体斜侵彻混凝土薄靶的出靶状态,得到弹体出靶时偏转角度与弹体质量、侵彻速度和初始倾角的关系. 研究结果可预测弹体侵彻单层靶、多层靶的弹道变化.     

卵形弹丸对混凝土侵彻动力响应数值研究

为了研究混凝土侵彻中卵形弹丸的形状效应,文章基于AUTODYNA非线性有限元软件,采用混凝土Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)本构模型,运用SPH-Lagrange耦合方法对混凝土侵彻试验进行模拟;在卵形弹丸形状系数分别取值为3、4、5下对混凝土非贯穿、贯穿过程进行计算分析,揭示混凝土动力响应及穿靶...