含PBX炸药装药的弹体侵彻响应数值模拟

为探究浇注型PBX炸药装药在弹体侵彻过程中的安全性问题,使用考虑孔隙的压力相关-应变率硬化-温度软化的粘弹塑性本构模型,用以拟合浇注型PBX炸药的在不同应变率下的动态力学响应,并利用动力有限元算法数值模拟含装药弹体侵彻混凝土靶板的过程中炸药的力-热耦合响应,获得装药不同位置局部温升受不同耗散功的影响规律,结果表明装药圆弧面圆心处由于应力波汇聚作用,塑性应变可达32%,装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献.为装药结构设计提供力学分析的依据.     

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.     

弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

为了对弹丸侵彻钢纤维混凝土问题进行数值模拟研究,在有限元计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,弹丸作为刚体处理.侵彻深度计算结果与在φ14.5 mm弹道炮上所获得的试验结果相吻合,并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑、层裂现象.在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素.计算结果表明,HJC本构模型用来描述钢纤维混凝土的侵彻问题是可行和有效的.     

弹体垂直侵彻钢筋混凝土数值模拟

详细总结了Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)混凝土模型,采用标准立方体单轴拉伸和单轴压缩数值模拟揭示了模型基本特性,并将该模型用于弹体侵彻钢筋混凝土数值模拟,钢筋混凝土靶板前后表面的层裂破坏和内部断裂破碎现象均得到了较好反映,计算得到的弹体残余速度和实测值吻合较好,数值模拟还表明钢筋作用和混凝土模型相似角对弹体残余速度影响较小.     

素混凝土及钢纤维混凝土在弹体侵彻作用下的三维数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对素混凝土以及钢纤维体积含量为3.0%的钢纤维增强混凝土靶板抗侵彻问题进行了数值模拟.在三维有限元计算模型中引入了JHC(Johnson_Holmquist_Concrete)累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的破坏效应,弹丸采用Johnson_Cook材料模型.弹丸贯穿靶板后剩余速度的计算结果与在直径为37mm滑膛炮上所获得的实验结果误差在5%以内,同时很好地模拟了两种混凝土靶板的成坑和破坏现象.计算结果表明,用JHC模型来描述混凝土的抗侵彻问题是可行的.     

包覆式爆炸成型复合侵彻体成型与侵彻过程的数值模拟

针对典型包覆式爆炸成型复合侵彻体装药结构,采用AUTODYN-2D建立了相应的仿真模型,计算分析了爆炸成型复合侵彻体的成型与侵彻过程. 数值模拟结果表明：复合侵彻体成型过程包括压合、拉伸、断裂3个阶段,侵彻过程包括前驱侵彻体开孔和主侵彻体扩孔两个阶段. 通过对比分析成型与侵彻过程包覆物复合侵彻体作用机理的可行性.     

有氧化剂(AP)含铝炸药水中爆炸数值模拟

为了实现含有氧化剂AP的含铝炸药(下称PBX—3炸药)的水中爆炸参数的预估,利用Φ50 mm圆筒试验确定了PBX—3炸药爆轰产物JWL状态方程参数;并在此基础上开展了PBX—3炸药水中爆炸数值模拟,计算得到了冲击波峰值压力、比冲击波能和气泡脉动周期,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,基于圆筒试验确定的爆轰产物JWL状态方程参数,可以准确计算有氧化剂含铝炸药的水中爆炸参数,对于该类炸药的能量评估有一定参考价值。     

弹体侵彻贯穿混凝土与钢筋混凝土等效关系数值分析

为了建立钢筋混凝土靶与混凝土靶抗侵彻能力的等效关系,将钢筋混凝土靶与混凝土靶的厚度比值作为钢筋混凝土与混凝土材质的等效因子,利用ANSYS LS-DYNA模拟了当贯穿后的弹体速度相同时,具有相同属性的弹体以相同的入射速度垂直侵彻和贯穿混凝土靶和钢筋混凝土靶的过程.结果表明,研究所得到的等效因子与入射速度的关系式能够为侵彻弹等效靶标构建提供理论依据及数据参考.     

动能弹对混凝土靶板侵彻三维数值模拟

根据描述材料特性的经验公式和流体力学的基本理论，对控制方程组在欧拉网格上进行离散差分求解，建立三维数值模拟模型，给出一种基于Youngs技术的三维界面处理方法，并对动能杆侵彻混凝土靶板进行了数值模拟，分析了数值模拟结果，得出模拟结果与工程中的现象基本吻合的结论。     

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.     

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.     

射孔弹爆炸作用下射孔枪动态响应的数值仿真

射孔作业时射孔管柱的爆炸冲击动力学响应成为油、套管柱系统振动、变形乃至损伤的主要原因. 为研究射孔枪内爆炸冲击波加载规律以及尤其引发的管柱动力学响应规律,建立包含一枚射孔弹的射孔系统有限元模型进行数值计算. 所得数值计算测点应变值与地面试验数据相对误差不超过10%. 进一步分析发现:射孔弹爆炸加载过程中射流冲击作用效果最为显著;射孔弹壳体对爆炸产物的约束作能够有效降低爆炸冲击对枪管的加载(损伤);相邻射孔弹爆炸冲击将会在弹间交汇、叠加,耦合结果与相位、弹间距相关.     

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。     

高速杆式射流形成的数值模拟与实验研究

针对传统聚能射流有效质量低的问题,突破传统射流形成的高速限制条件,结合射流形成的内爆阈值概念,研究新型高速杆式射流形成机理,设计高速杆式射流装药结构.结合理论分析和数值模拟对射流具体形成过程进行分析,明确形成超高速射流与装药结构尺寸之间的关系.对超聚能装药结构进行试验,证明所提出高速杆式射流形成机理具备科学合理性.在不改变装药结构口径及炸高条件下,改善射流质量,形成高速杆式射流可应用于超高速碰撞等研究.      

冲击载荷下混凝土破坏过程数值模拟

用二维梁-颗粒模型BPM2D(Beam-Particle Model in Two dimensions)模拟了混凝土动态破坏过程.梁-颗粒模型BPM2D是在离散元法基础上,结合有限元法开发的二维数值计算模型. 在模型中用三种类型梁单元形成混凝土数值试样.每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull) 分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化.利用此模型分析了混凝土板在弹体冲击条件下的破坏过程,并给出不同弹体初始速度条件下混凝土内部应力波传播过程.通过将计算结果与实验数据相比较,表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题.     

炸药材料特性对整体式MEFP成形的影响

为提高整体式多爆炸成形弹丸（MEFP）毁伤能力,采用LS-DYNA数值仿真软件对不同炸药材料下整体式MEFP成形过程进行了仿真研究,并对采用B炸药的战斗部进行了地面静爆验证试验,试验结果和仿真结果吻合较好.研究表明随着炸药材料密度、爆速和爆压的增加,中心弹丸速度和长径比都得到大幅提高,中心弹丸侵彻能力增强;周边弹丸外形则由球形逐渐向长杆形发展,弹丸气动性减弱.炸药材料参数与毁伤元成形参数间呈抛物线变化规律,故可根据具体目标选择合适的炸药材料,以提高对目标的毁伤概率.     

抗爆门冲击动力响应的数值模拟研究

对应用于石化、核电、军事等行业的抗爆门开展动力学响应数值模拟研究.以DBD-AD150*240型抗爆门作为研究对象,进行爆炸冲击波作用下的动力学相应分析.研究在不同抗爆等级条件下,抗爆门的应力、应变能否满足抗爆要求,明确抗爆门的抗爆等级.结合三明治复合管结构的冲击吸能方式,对抗爆门抗爆能力进行改善.通过数值模拟研究,明确了所研究抗爆门的抗爆等级.确认在抗爆门上采用三明治复合管结构的情况下,抗爆门的抗爆能力可以得到明显增强.     

实体结构的动态响应数值仿真方法

推导了基于试验模态分析的组合结构应力和位移动态响应数值仿真计算方法，在实际工况条件下对包含未知因素的复杂结构位移、应力进行了数值仿真计算，并对其结果进行了实验验证